DE2012858C3 - Mit einer numerisch arbeitenden Programmsteuerung ausgerüsteter Manipulator - Google Patents
Mit einer numerisch arbeitenden Programmsteuerung ausgerüsteter ManipulatorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einer numerisch arbeitenden Programmsteuerung ausgerüsteten
Manipulator, dessen — gegebenenfalls mit einem zusätzlich bewegbaren Greifer ausgerüsteter — Arm in
verschiedenen Koordinaten beweglich ist, wozu die Programmsteuerung aus einem Programmspeicher
Daten für jede Koordinate der einzelne Bewegungsabschnitte bestimmenden Endpositionen entnimmt und
über Zwischenglieder einem Vergleicher vorgibt, der andererseits Signale von die tatsächlich gerade erzielte
Position des Armes — und gegebenenfalls auch des Greifers — angebenden Positionsmeldern zugeführt
erhält, daraus die Abweichung zwischen den Daten und den Signalen ermittelt, aus der jeweiligen Abweichung
einen Steuerbefehl ableitet und diesen derart den Antrieben des Armes und gegebenenfalls des Greifers
zuführt, daß die jeweils ermittelte Abweichung gegen Null geht, wobei in dem Programmspeicher mit den
Daten für die Koordinaten zur Erzielung besonderer
Bewegungsabläufe eine besondere Steuerungsart auslösende zusätzliche Bits gespeichert sein können.
Bei der aus der US-PS 33 06 471 bekannten Programmsteuerung eines derartigen Manipulators
besteht der Programmspeicher aus einem Trommelspeieher,
in den die Daten für die betreffenden Positionen durch Instruktion, d.h. willkürliches Anfahren dieser
Positionen mit dem Arm bzw. Greifer und anschließende Betätigung entsprechender Eingabeschaltkreise,
eingegeben werden können. Wird bei dem so programmierten Bewegungsablauf die betreffende Position
durch den Manipulatorarm bzw. -greifer wieder erreicht, so führt ein über den Vergleicher — je einen für
jede Bewegungskoordinate — erhaltenes Koinzidenzsignal als Fertigmeldung dazu, daß aus dem Speicher der
nächste Programmschritt abgerufen werden kann. Die Programmsteuerung kann dabei als Streckensteuerung
ausgeführt sein. Das bedingt zwar einen einfachen Aufbau, führt jedoch bei komplizierten Bewegungsabläufen
zu vielen Zwischenstationen, was zu Zeitverlusten aufgrund neuer Datenvorgaben führt Wahlweise
sieht daher diese bekannte Progrpmmsteuerung darüber hinaus die Möglichkeit vor, zur ökonomischen
Programmierung und flüssigen Abwicklung Komplizierterer Bewegungsvorgänge daneben eine kontinuierliche
Bahnsteuerung zu verwenden, deren Einsatz durch die mit den Daten gespeicherten zusätzlichen Bits bestimmt
wird. Das Programm dieser Bewegungsvorgänge ist auf einem eigenen beweglichen Speichermedium für jede
Koordinate im wesentlichen kontinuierlich aufgezeichnet. Eine solche Steuerung ist naturgemäß kompliziert
und entsprechend aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Manipulator der eingangs angegebenen Art die
Programmsteuerung so auszubilden, daß im wesentlichen nur der geringere technische Aufwand einer
Streckensteuerung erforderlich ist, trotzdem aber bestimmte komplizierte Bewegungsabläufe, die aus
mehreren Teilstrecken zusammengesetzt sind, ähnlich wie mit einer Bahnsteuerung zügig durchfahren werden
können, ohne daß es deren technischen Aufwandes bedarf.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zusätzlichen Bits zumindest für die Endpositionen
einer jeden Bewegunc des Armes bzw. des Greifers eine vollkommene Beseitigung einer von dem Vergleicher
festgestellten Abweichung vorschreiben, für zum Ablauf der Bewegung programmierte Zwischenpositionen
jedoch bereits bei Erreichen einer vorbjstimmten Restabweichung eine Fcrtigmeldung zulassen, daß mit
dem Vergleicher ein Digital-Analog-Umsetzer verbunden ist, dessen Ausgangswert in üblicher Weise ein Maß
für die jeweils tatsächlich noch vorhandene Abweichung bildet, daß an den Digital-Analog-Umsetzer wenigstens
ein Koinzidenzschaltkreis mit gleichfalls analogem Ausgangswert angeschlossen ist, dem durch die bei den
Zwischenpositionen vorgegebenen zusätzlichen Bits z. B. über ein Potentiometer eine Vorspannung vorgegebener
Größe derart zuführbar ist, daß sein Ausgangswert bereits vorzeitig zu Null wird und damit ein
»künstliches Koinzidenzsignal« ergibt, daß beide Ausgangswerte über ein QDER-Gatter zur Abgabe der
Fertigmeldung geführt sind und daß ein einziger Vergleicher, über Wähler zyklisch gesteuert, die Daten
und Signale sämtlicher Bewegungskoordinaten zyklisch verarbeitet.
Gegenüber dem bekannten programmgesteuerten Manipulator nach der US-PS 33 06 471 weist ein solcher
Manipulator den Vorteil auf, daß das »künstliche Koinzidenzsignal« bei einer Streckensteuerung einnn
ähnlich zügigen Bewegungsablauf wie sonst nur bei einer Bahnsteuerung ermöglicht Hierbei werden die
Zwischenpositionen der vorgegebenen Bahnkurve mit einer für den Manipulator vorgebbaren Genauigkeit
eingehalten, wie nachstehend anhand der F i g. 3 noch erläutert ist
Hinzutreten können zu den vorgenannten Merkmalen noch verhältnismäßig einfache Funktionserzeugungsschaltungen,
die dem analogen Steuerbefehl von einer bestimmten Abweichung ab eine einer gewünschten
Verzögerung entsprechende Charakteristik geben. Damit können ohne Programmierung zusätzlicher
Bahnpositionen und ohne Verwendung zusätzlicher beweglicher Speichermedien oder dergleichen auch
gekrümmte Bahnen, insbesondere auch Kreisbahnen, programmiert werden, selbst wenn diese eine Bewegung
in mehreren Koordinaten erfordern.
Neben dem gemeinsamen Vergleicher kann auch ein gemeinsamer, dem Vergleicher unmittelbar nachgeschalteter
Digital-Analog-Umsetz'· für sämtliche Bewegungskoördinaten
vorgesehen sein. Das Ausgangs signal des Digital-Analog-Umsetzers kann so bemessen
sein, daß der Manipulatorarm bzw. -greifer in jeder Koordinate die maximale, für das Gerät verträgliche
Beschönigung und Verzögerung erfährt
Die Verwendung von Wählern für den zyklischen Einsatz bestimmter, nur einmal vorhandener Schaltkreise
für mehrere ivoordinaten innerhalb einer Programmsteuerung ist aus der DE-AS 11 56 152 an sich bekannt
Die vorausgehend angegebenen und weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind
in den Unteransprüchen bezeichnet
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.
Von dieser zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Manipulators,
F i g. 2 ein Zeitdiagramm, welches die Art urd Weise wiedergibt, in der verschiedene Programme auf der
Trommel des hier als Trommelspeicher angegebenen P ogrammspeichers aufgezeichnet sind,
F i g. 3 ein Beispiel für eine Bewegung, die der Manipulatorarm vollführt,
(Fig. 4 ist entfallen),
F i g. 5 ein grundlegendes Blockschaltbild des elektronischen Teils der Programmsteuerung, soweit sie eine
einzelne Bewegungskoordinate betrifft,
F i g. 6 ein Blockschaltbild dsr Programmsteuerung, soweit sie für die Einspeicherung eines Programms
(Instruktion) in Betracht kommt
F i g. 7 ein Blockschaltbild der Programmsteuerung im nachfolgenden, programmgemäßen Betriebsablauf,
Fif.8 und 9, nach Fig.9A zusammengesetzt, ein
Blockschaltbild der Programmsteuerung unter Hervorhebung des allen 3ewegungskoordinaten gemeinsamen
Vergleichers und Digital-Analog-Umsetzers,
Fig. 10, 11 und 12, nach Fig. 12A zusammengesetzt,
ein Schaltbild des Digital-Analog-Umsetzers und darin anschließender Schaltkreise.
Der in F i g. 1 dargestellte Manipulator ist zusammen mit einem den Großteil seiner Programmsteuerung
enthaltenden Steuerungskasten 42 samt Bedienungstafel 44 sowie mit der für seinen Antrieb erforderlichen
Hydraulikversorgung 142,160 etc. auf einer gemeinsamen
Grundplatte 4J) angeordnet. Er besitzt einen um eine vertikale Achse (»Schwenkbewegung«) und eine
horizontale Achse (»Hebe^Senk-Bewegufig«) schwenkbaren
Arm 50, der von einer Säule 60 getragen wird. Die hydraulischen Antriebsmittel für die beiden vorgenannten
Schwenkbewegungen sind mit 124 und 126 bzw, 64 bezeichnet An einer ausfahre und einziehbaren Stange j
70 (»Aüsfahrbewegung«) besitzt der Arm 50 einen Greifer 78, der seinerseits mit der Stange 70 um deren
Mittelachse (»Greiferdrehbewegung«) sowie eine dazu senkrechte Achse (»Greiferbeugebewegung«) schwenkbar
ist Die Figur zeigt des weiteren die Antriebsmittel 100 für die Greiferdrehbewegung, während die Antriebsmittel
72 und SO für die Ausfahrbewegung bzw. die Greiferbeugebewegung (Fig.9) verdeckt erscheinen.
Sämtliche Antriebselemente bestehen aus ventilgesteuerten Hydraulikzylindern. Sie sind mit Positionsmeldern ,5
in Gestalt von Kodierern für den Erhalt der bereits erwähnten Positionssignale verbunden, von denen hier
nur die Kodierer 314, 322 und 324 für die Hebe-Senk-
Greiferdrehbewegung in Erscheinung treten.
!n Fig.5 sind die Hauptbestandteile der Programmsteuerung
in Verbindung mit einer Koordinate, nämlich derjenigen der Ausfahrbewegung, als Blöcke angegeben.
Die Steuerung enthält eine kontinuierlich umlaufende Speichertrommel 300, auf welcher digitale Daten
zu drei verschiedenen Programmen gespeichert werden können, deren jedes aus einer Anzahl von Programmschritten,
maximal 60, besteht Die Steuerung kann in zwei grundlegenden Betriebsarten arbeiten. Die erste ist
der sogenannte Einspeicherungsbetrieb (Instruktion), bei welchem der hydraulisch angetriebene Manipulatorarm
bzw. -greifer nacheinander den einzelnen zu speichernden Positionen zugeführt wird, die er nachfolgend
automatisch wieder einnehmen soll. Jedesmal, wenn der Manipulatorarm in eine neue solche Position
gebracht wird, werden deren Daten auf der Speichertrommel 300 aufgezeichnet zusammen mit zugehörigen
Bits als Hilfssignalen, die sich darauf beziehen, wie der
betreffende Programmschritt auszuführen ist Zu diesem Zweck sind zwei Betriebswahlschalter 202 und ^0
204 vorgesehen. Werden diese Schalter in die Stellung für den Einspeicherungsbetrieb gebracht so treten
Einspeicherungssteuerschaltungen 306 mit dem Eingang eines Servoverstärkers 308 in Verbindung, über den das
Steuerventil 182 für die Ausfahrbewegung gesteuert wird. Zu den Einspeicherungssteuerschaltungen 306
gehören geeignete Spannungsquellen zur Bewegung des Manipulatorarmes in allen fünf Koordinaten. Das
dem Servoverstärker 308 zugeführte Signal bewirkt daß der Hydraulikzylinder 72 den Greifer in der
gewünschten Richtung entlang der Achse des Armes bis
zu einer gewünschten Position bewegt
Nach Erreichen einer solchen Position liefert der Kodierer 310 ein digitales Ausgangssignal, welches die
Koordinate der dieser Position entsprechenden Ausfahrbewegung angibt Das gleiche gilt bezüglich der
übrigen Kodierer. Die so erhaltenen digitalen Daten für die jeweiligen Koordinaten gelangen über den Schalter
302 zu einem Druckknopfschalter 340 zur Auslösung des Aufzeichnungsvorganges. Zusätzlich werden dem ^0
Schalter 340 bestimmte weitere Signale aus den Einspeicherungssteuerschaltungen 306 sowie von
Schaltelementen der Bedienungstafel 44 zugeführt, die
weitere, in Verbindung mit der Bewegung des Manipulatorarmes in die gewünschte Position wichtige
Funktionen bezeichnen. Wird der Druckknopfschalter
340 betätigt, so gelangen alle diese Signale zu der Speichertrommel 300, auf der sie an einer bestimmten
25
30
35 Stelle, die dem betreffenden Programmschritt ent*
spricht aufgezeichnet werden. Vorzugsweise treten die digitalen Signale aus den Kodierern, wie z. B. dem
Kodierer 310, in einem reflektierten Binärkode auf, der sich von einem normalen Binärkode dadurch unterscheidet,
daß sich bei aufeinanderfolgenden Zahlen in diesem Kode nur jeweils eine Ziffer ändert.
Nach Freigabe des Druckknopfschalters 340 Werden die Einspeicherungssteuerschaltungen 306 betätigt um
den Afm bzw, Greifer durch Beaufschlagung der dafür erforderlichen Hydraulikzylinder einer neuen Position
zuzuführen. Ist diese erreicht so wird der Druckknopfschalter 340 erneut betätigt, um die digitalen Daten der
Koordinaten dieser Position auf der Trommel 300 aufzuzeichnen. Dieser Vorgang wird wiederholt bis die
letzte Position des Manipulatorarms bzw. -greifers in dem gewünschten Programm auf der Trommel 300
gespeichert ist.
Nachdem dies geschehen ül werden die beiden
Betriebswahlschalter 302 und 304 umgelegt in ihre Position für normalen Betrieb. Dabei gelangen die
Ausgtmgssignale der Kodierer, beispielsweise des kodierers 310, zu dem Vergleicher der Programmsteuerung,
und die Daten einer jeden Koordinate für die gewünschte Position werden von der Speichertrommel
300 abgelesen und in einem Pufferspeicher 392 gespeichert Der Vergleicher führt für jede Koordinate
einen Vergleich durch zwischen dem aus dem Kodierer stammenden Positionssignal und den von der Trommel
gelieferten Daten, woraus er ein Abweichungssignal als Steuerbefehl gewinnt der sowohl über die Richtung als
auch die Größe der Bewegung Aufschluß gibt, die der Greifer erfahren muß, um die Abweichung zwischen der
durch das Programm vorgegebenen und der tatsächlichen Position in der jeweiligen Koordinate zu
reduzieren. Ist schließlich Koinzidenz bezüglich aller Koordinaten erreicht so wird der nächste Programmschritt
von der Trommel 300 abgelesen, wobei die einzelnen Daten desselben wiederum mit den Positionssignalen aus den Kodierern verglichen und die
betreffenden Abweichungssignale dazu verwendet werden, durch Beaufschlagung der Hydraulikzylinder
die nächste programmierte Position anzufahren. Ist der Manipulatorarm bzw. -greifer in der letzten seiner
programmierten Positionen angelangt so findet ein das Ende des Programms anzeigendes Bit dazu Verwendung,
die programmierte Folge von Operationen aufs neue einzuleiten, so daß der Manipulatorarm folglich die
programmierte Bewegung bis zu seiner Abschaltung ständig aufs neue ausführt
In F i g. 6 ist die Programmsteuerung des Manipulators
in etwas detaillierterer Form als Blockschaltbild dargestellt in Verbindung mit allen fünf Bewegungskoordinaten, wobei zum Ausdruck kommt wie das
Programm beim Einspeicherungsbetrieb auf der Speichertrommel 300 aufgezeichnet wird. An der
Trommel 300 befindet sich eine Serie von Magnetköpfen 350, die entlang einer Mantellinie der Trommel
angeordnet sind und sowohl zur Aufzeichnung beim Einspeicherungsbetrieb als auch zur Wiedergabe der
aufgezeichneten Daten während des anschließenden normalen Betriebs dienen. Um die Vielseitigkeit des
Manipulators zu vergrößern, ist die Trommel 300 in dem dargestellten Beispiel dazu ausgelegt drei unterschiedliche
Programme aufzunehmen, deren jedes von der Bcdicnungstafe! 44 her entsprechend einem Hauptsteuerprogramm
oder von Hand auswählbar ist Genauer gesagt ist der Trommelumfang in der in F i g. 2
wiedergegebenen Weise unterteilt, so daß ein Programm-!-Sektor
über ein erstes Drittel des Trommelumfanges, ein Programm-2-Sektor über ein weiteres
Drittel des Trommelumfanges und ein Prögramm-3-Sektor
über das letzte Drittel des Trommelumfanges auftritt Die Enden eines jeden dieser Prögrammsektoren
sind in Wortspuren markiert, die ständig abgetastet werden und bei jeder Umdrehung der Trommel mit der
erforderlichen Phasenverschiebung jeweils ein Signal ergeben. '
Drei Taktköpfe 351, 352 und 353 sind dazu vorgesehen, diese Wortspuren abzutasten, wobei der
Taktkopf 351 die Impulse 354 aus der Wortspur des ersten Programms (Fig.2), der Kopf 352 die Impulse
355 aus der Wortspur des zweiten Programms und der Kopf 351 die Impulse 356 aus der Wortspur des dritten
Programms aufnimmt. Die Ausgangssignale der Köpfe 351, 352 und 353 werden einem Programmwähler 360
zugeführt, der Anfang und Ende eines bestimmten Programmsektors feststellt. Beispielsweise geben die
Impulse 354 den Anfang des ersten Programmsektors und die Impulse 355 das Ende desselben an. Während
des Vorbeigangs des ersten Programmsektors an den Magnetköpfen werden Taktimpulse 358, die von einem
Taktkopf 359 abgelesen werden, wahlweise einem Verstärker 362 zugeführt, wobei die Anfangs- und
Endimpulse aus dem Programmwähler 360 dazu dienen, weitere Taktimpulse aus der Taktspur während des
Vorbeiganges des zweiten und des dritten Programmsektors an den Magnetköpfen nicht an den Ausgang des
Verstärkers 362 gelangen zu lassen.
D.e auf diese Art wahlweise zu dem Verstärker 362 übertragenen Taktimpulse gelangen zu einem Impulsformer
364 und dienen dann als Schiebeimpulse für ein 80 Bits aufnehmendes Schieberegister 366. In dem
betrachteten Beispiel befinden sich auf jedem Programmsektor 80 Taktimpulse, so daß dementsprechend
80 Datenbits während eines Schrittes eines jeden Programms auf der Trommel aufgezeichnet werden
können. Die Kodierer 310 und 324 für die Ausfahrbewegung bzw. die Greiferdrehbewegung erzeugen jeweils
lOzifferige Kodezahlen, die Kodierer 314 und 322 für die Hebe-Senk-Bewegung bzw. die Beugebewegung erzeugen
11 zifferige Kodezahlen, und der Kodierer 326 für die Schwenkbewegung bringt eine 13zifferige Kodezahl
hervor. Demgemäß sind 55 Datenbits erforderlich, um alle fünf Positionssignale dieser Kodierer aufzuzeichnen.
Zusätzlich können durch die Einspeicherungssteuerschaltungen 306 und die Bedienungstafel 44 zusätzliche
Funktionen ausgewählt werden, um auf der Trommel 300 in Verbindung mit einem jeden Programmschritt
aufgezeichnet zu werden. Dies versetzt den Manipulator in die Lage, beim Anfahren jeder
Position zusätzliche Funktionen auszuüben. Beispielsweise kann ein zusätzliches Bit aufgezeichnet werden,
welches anzeigt, daß der Arm bzw. Greifer den letzten Abschnitt des Weges bei seiner Annäherung an eine
Position unter geringer Geschwindigkeit zurücklegen soIL Weitere Bits dienen dazu, unterschiedliche Genauigkeiten
anzugeben, mit denen der Greifer bestimmte Positionen anzufahren hat Schließlich kann ein Bit
die Betätigung des Greifers auslösen oder das Ende eines bestimmten Programms anzeigen. Eine Anzahl
weiterer Bits kann dazu aufgezeichnet werden, verschiedenartige Operationen des Manipulators in Verbindung
mit Zusatzeinrichtungen, wie z. B. Sperrschaltungen,
auszuführen. So kann es eine bestimmte Operation erfordern, daß der Manipulator bei einem
bestimmten Programmschritt entweder selbst ein eine auswärtige Operation auslösendes Signal (OX-Signal)
abgibt, das einem entsprechenden anderen Gerät zugeführt wird, oder daß der Manipulator ein
auswärtiges Signal/H^Signal) abwartet, das ihm die
Beendigung einer bestimmten auswärtigen Operation
anzeigt Kurz gesagt stehen also in dem Schieberegistei' 366 Speicherplätze für eine Anzahl zusätzliche Funktionen
bezeichnender zusätzlicher Bits zur Verfügung.
Wie Fig.6 erkennen läßt, besitzt eine jede der
Einspeicheruhgssteuerschaltungen 306 eine in beiden Richtungen variable Spannung'.quelle, die allgemein in
Gestalt zweier Potentiometer 370 und 372 dargestellt ist und über getrennte Druckknopfschalter Eingangssignale
unterschiedlicher Polarität über den Servoverstärker an das Steuerventil einer jeden Koordinate liefert
Beispielsweise gehört zu der Einspeicherungssteuerschaltung 374 ein Druckknopfschalter 376 für die
Ausfahrbewegung des Greifers, der bei Betätigung eine positive Spannung an den Servoverstärker mii Steuerventil
378 für die Ausfahr- bzw. Einziehbewegung gelangen läßt Bei Betätigung des Druckknopfschalters
380 hingegen erhält der Servoverstärker mit Steuerventil 378 eine negative Spannung. Wie vorausgehend
bereits beschrieben, sprechen die Steuerventile der einzelnen Koordinaten auf elektrische Signale an, die
während des Einspeicherungsbetriebs durch Führung des Manipulatorarmes bzw. -greifers mittels der
Hydraulikzylinder in bestimmte Positionen festgelegt wurden, wobei der zu der jeweiligen Koordinate
gehörige Kodierer entsprechende Signale erzeugt hat, die aufgezeichnet wurden.
Ist der Arm bzw. Greifer in jeder Koordinate für einen Programmschritt genau positioniert worden und
sind auch die gewünschten Hilfsfunktionen in einer Übertragungssteuervorrichtung 368 festgelegt worden,
so wird der Druckknopfschalter 340 für die Aufzeichnung betätigt wodurch alle die erwähnten Signale
zueinander parallel dem 80-Bit-Schieberegister 366 zugeführt werden. Ist dies erfolgt so wird ein Signal
dem Eingangsgatter 370' zugeleitet welches nun Schiebeimpulse an das Schieberegister gelangen läßt
durch welche die dort eingespeicherten digitalen Informationen der Reihe nach unter Steuerung durch
ein Relaiswählersystem 374' einem bestimmten der Magnetköpfe 350 zugeführt werden. Nimmt man an,
daß das Wählersystem 374' so eingestellt ist daß die Signale dem ersten der Magnetköpfe 350 zufließen, so
wird auf diese Weise der erste Schritt des betreffenden Programms auf der Trommel 300 aufgezeichnet Das
letzte Bit aus dem Schieberegister 366 wird über eine Leitung 376' dem Eingangsgatter 370' zugeleitet um
dieses zu sperren. Der das Ende des Programmschritts anzeigende Impuls wird ebenfalls dem Wählersystem
374' zugeleitet um zu bewirken, daß der Aufzeichnungsverstärker 3721 nun mit dem nächsten der Magnetköpfe
350 in Verbindung tritt
In ähnlicher Weise werden die Einspeicherungssteuerschaltungen
306 dazu eingesetzt, um den Greifer 78 in eine neue Position zu führen, auf Grund derer wiederum
digitale Signale durch die Kodierer erhalten werden, die durch Betätigung des Druckknopfschalters 340 als
zweiter Programmschritt aufgezeichnet werden. So können bis zu 60 Programmschritte in einem einzigen
Programm aufgezeichnet werden, wobei jeder Programmschritt die absolute Position angibt in die der
Arm bzw. Greifer geführt werden soll, sowie die Geschwindigkeit, mit der diese Bewegung erfolgen soll,
die Genauigkeit, mit der die Position erreicht werden sollt die gegebenenfalls gewünschte Betätigung des
Greifers und schließlich — der letzte Programmschritt —, daß das Ende des Programms erreicht ist, so daß das
Relaiswählersystem 374' in seine Anfangsstellung für den ersten Programmschritt des folgenden Arbeitsspiels
zurückkehren kann. Der Programmwähler 360 und das Wählersystem 374' können durch entsprechende Verbindungen
natürlich auch so gesteuert werden, daß sie mehr als drei Programme mit jeweils 60 Schritten
ermöglichen- Beispielsweise kann die Verbindung eine
solche sein, daß anstelle dreier Programme mit jeweils 60 Schritten ein einziges mit 180 Schritten zur
Verfügung steht, wie für den Fachmann ohne weiteres einzusehen ist
In F i g. 7 ist die Arbeitsweise des Manipulators im Anschluß an die Einspeicherung im normalen Arbeitsbetrieb und in Verbindung mit allen fünf Koordinaten zu
erkennen. Es sei angenommen, daß das Relaiswählersystem 374' wiederum mit dem ersten der Magnetköpfe jr>
350 in Verbindung steht, der nunmehr als Wiedergabekopf Verwendung findet Das Ausgangssignal dieses
Kopfes fließt einer Gruppe von Steuerschaltkreisen zu, die in ihrer Gesamtheit mit 380' bezeichnet sind, wobei
die Wortspuren dazu Verwendung finden, den gewünschten Programmsektor sowie die Datenbits des
ersten aufgezeichneten Programmschritts auszuwählen. Diese Datenbits werden über eine Leitung 382' einem
Leseverstärker 384' zugeführt, von dem sie an das 80-Bit-Schieberegister 366 weitergegeben werden.
Nachdem die Informationen des ersten Programmschritts in das Schieberegister 366 eingelesen worden
sind, wird dem Steuerschaltkreis 380' über einen Leiter 386' ein Signal zugeführt, worauf dieser durch
Entsendung eines Steuersignals über einen Leiter 388' an einen Parallelübertragungsschaltkreis 390 reagiert.
Dieser liegt zwischen dem Schieberegister 366 und dem Pufferspeicher 382'. Mit dem Parallelübertragungsschaltkreis
390 werden die 80 Datenbits aus dem Schieberegister parallel zueinander zu dem 80-Bit-Pufferspeicher
392 übertragen, worin sie gespeichert werden, bis der Manipulatorarm bzw. -greifer die durch
die darin enthaltenem Daten festgelegte Position erreicht hat Die in dem Pufferspeicher 392 gespeicherten
Positionsdaten, welche die gewünschten Endpunkte des Programmschrittes in jeder der fünf Koordinaten
angeben, werden einem Vielfach-Vergleicher zugeführt,
der in der Figur mit einem Digital-Analog-Umsetzer und mit Ventilsteuerschaltkreisen zu einem Block 394
zusammengefaßt erscheint In diesem Vergleicher werden die von den Kodierern 310—326 stammenden
Positionssignale mit den digitalen Daten aus dem Pufferspeicher 392 verglichen, wobei digitale Abweichungssignale
erzeugt werden. Diese Abweichungssignale werden in Analogsignale in Gestalt einer
Spannung umgesetzt, die, nachdem sie wiederum den einzelnen Koordinaten zugeordnet wurden, nach
Richtung und Strecke gespeichert werden, worauf sie schließlich den einzelnen Steuerventilen jeder Koordinate
zugeführt werden. Diese Steuerventile betätigen den zugehörigen Hydraulikzylinder in solcher Weise«
daß die dem zugehörigen Kodierer entstammenden Signale dazu beitragen, das Abweichungssignal zu
verringern.
Während diese Bewegung erfolgt, schaltet das Relaiswählersystem 374' bereits auf den nächsten
Magnetkopf 350 um, worauf die informationen des nächsten Schrittes in das Schieberegister 3&j hineingelesen
werden. 1st bezüglich allen fünf Koordinaten vollkommene Koinzidenz erreicht, so wird ein Signal
über den Leiter 396 entsandt, das zu den Steuerschaltkreisen 380' gelangt. Diese reagieren durch Aussendung
eines Steuersignals an den Parallelübertragungsschaltkrcis 390 über den Leiter 388'. Der Parallelübertragungsschaltkreis
390 überträgt die 80 Datenbits aus dem Schieberegister 366 parallel zueinander zu dem
!Pufferspeicher 392. Gleichzeitig schaltet das Reiaiswählersystem
374' bereits zu dem dritten Magnetkopf 350 um, worauf die Daten des dritten Programmschrittes
in das Schieberegister 366 eingelesen werden.
Auf diese Weise wird der Arm bzw. Greifer nacheinander automatisch allen vorausgehend eingespeicherten
Positionen zugeführt. Tritt ein Programmschritt auf, der ein das Programmende anzeigendes Bit
enthält, so wird diese Information über die Leitung ^98
den Steuerschaltkreisen 380' zugeführt, durch welche das Relaiswählersystem 374' wiederum auf den ersten
Magnetkopf 350 zum Lesen des ersten Programmschrittes umgeschaltet wird, wobei gleichzeitig weitere
Hilfsfunktionen stattfinden, die für die erneute Abwicklung des gespeicherten Programms erforderlich sind.
In den Fig.8 und 9 ist die Anordnung für die
erwähnte Vielfachausnutzung des Vergleichers in Gestalt eines Blockschaltbilds dargestellt In dem
Vergleicher werden die Positionssignale aus den Kodierern und die vorausgehend auf der Trommel
aufgezeichneten Daten einer jeden Koordinate der Reihe nach miteinander verglichen, wobei im Anschluß
an den Vergleicher ein einziger Digital-Analog-Umsetzer Verwendung findet dessen Ausgangssignal nacheinander
Richtungs- und Entfernungssteuerschaltungen für die einzelnen Koordinaten zugeführt wird. Genauer
gesagt geht von dem Kodierer 310 für die Ausfahrbewegung eine Anzahl Leiter aus, die mit E1, £"2,..., ElO
bezeichnet sind und in denen die Signale im reflektierten Binärkode auftreten. Ist eine Ziffer des Kodes Null, so
liegt der betreffende Leiter auf Massepotential, wohingegen er bei einer binären »1« ein negatives
Potential führt
In ähnlicher Weise treten in den Leitern El, E2, ..„
E10 des Kodierers 324 für die Greiferdrehbewegung, in den Leitern El, E2,.., Eil des Kodierers 314 für die
Hebe-Senk-Bewegung, in den Leitern El, E2, ..,Eil
des Kodierers 322 für die Greiferbeugebewegung und in den Leitern El, E2,..., E13 des Kodierers 326 für die
Schwenkbewegung Serien von digitalen Ausgangssignalen auf. Da der Kodierer 326 für die Schwenkbewegung
13ziffrige Informationen liefert während die übrigen vier Kodierer nur Informationen mit weniger
Ziffern erzeugen, sind mehrere »Leerleiter« anstelle von Ausgängen dieser vier letztgenannten Kodierer
ständig mit der Masse verbunden. So treten z. B. an dem
kodierer 310 zwei an Masse liegende Leiter 400 und 402 auf an Stellen, die den niedrigstwertigen Ziffern
entsprechen. Dieser Kodierer hat weiterhin einen Leiter 404 vor dem Leiter ElO für die höchstwertige Ziffer. An
den übrigen Kodierern sind ähnliche Leiter vorgesehen, so daß auf jeden Fall ein 13ziffriges Ausgangssignal zur
Verfügung steht
Die 13ziffrigen Ausgänge der fünf Kodierer sind zu fünf Kontaktsätzen 406,408,410,412 und 414 eines als
Abfrageschalter wirksamen, zyklisch arbeitenden Wählers
416 mit entsprechend vielen, miteinander ständig umlaufenden Schaltkontakten verbunden, durch den die
Äusgangssignaie der fünf Kodierer der Reihe nach über
ein Leitungsbündel 418 einem Kodeumsetzer 420 zur
Umwandlung eines Gray- in einen Binärkode zugeführt werden. Die Ausgangssignals dieses Kodeumsetzers
gelangen schließlich zu dem Vergleicher.
Das lCziffrige, dem Pufferspeicher 392 entstammende
Datensignal für die Ausfahrbewegung wird in Fig.8
durch den Block 424 angegeben, an dem Ausgangsleiter A 1, A 2,..., A 10 gezeichnet sind. In ähnlicher Weise ist
das Datensignal für die Greiferdrehbewegung durch einen Block 426, dasjenige für die Hebe-Senk-Bewegung
durch einen Block 428, das für die Greiferbeugebewegung durch einen Block 430 und das für die
Schwenkbewegung durch einen Block 432 dargestellt Da die Ziffernzahl eines jeden dieser Datensignale
derjenigen des entsprechenden Positionssignals aus dem Kodierer entspricht, ist ebenso die gleiche Zahl von 1^
an Masse liegenden Leerleitern vorhanden, wie bei letzteren, um den Vergleich der beiden Signale zu
ermöglichen. So liegen beispielsweise die mit der Masse verbundenen Leiter 434 und 435 an den letzten
Ziffernstellen hinter derjenigen des Leiters A 1 an dem Block 424 Die erwähnten Datensignale für die
einzelnen koordinaten werden Kontaktsttzen 436,438,
440, 442 und 444 eines weiteren, zyklisch arbeitenden Wählers 446 zugeführt, dessen Schaltkontakte synchron
zu denen des Wählers 416 angetrieben sind. Auf diese Weise werden die Ziffernwerte der einzelnen Datensignale
nacheinander über ein Leitungsbündel 448 einem weiteren Kodeumsetzer 450 zur Umwandlung
eines Gray- in einen Binärkode zugeführt, dessen Ausgangssignale über Leitungen 452 zum zweiten
Eingang des Vergleichers 422 gelangen.
In dem Vergleicher 422 werden die aus den Kodierern stammenden binären Positionssignale mit den ebenfalls
binären Datensignalen verglichen, wobei ein Steuerbefehl in Form eines binären Abweichungssignals erzeugt
wird, welches in digitaler Form die Differenz zwischen den beiden ersten Signalen angibt Es ist jedoch
gleichfalls erforderlich, die Richtung festzulegen, in welcher die Bewegungen in den einzelnen Koordinaten
zu erfolgen haben, da die Abweichung naturgemäß in zwei Richtungen, nämlich beiderseits der programmierten
Position, auftreten kann, wobei in beiden Fällen ein gleich großes Abweichungssignal auftritt Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vollzieht der Vergleicher 422 daher die mathematische Funktion
einer Subtraktion durch komplementäre Addition, in welcher ein 13ziffriges Abweichungssignal in den
Leitern 51, 52,..., 513 am Ausgang des Vergleichers
erzeugt wird, wozu in einer Leitung 454 ein letztes Übertragungssignal hinzutritt, das dazu dient die
Richtung der erforderlichen Bewegung festzulegen.
Die Signale in den Leitern 51, 52,.., 513 ändern
sich während der Zeiträume, in denen die Wähler 416 und 446 die Signale einer bestimmten Koordinate
weiterleiten, auf Grund der Tatsache, daß sich das Positionssignal mit der Annäherung des Armes bzw.
Greifers an die vorgeschriebene Position fortlaufend ändert Zugleich mit den Signalen in den Leitern 51,52,
.., 513 ändert sich auch das Signal in der Leitung 454,
wenn die Wähler auf eine neue Koordinate umschalten.
Diese Wähler sind vorzugsweise von einem solchen Typ, bei dem die Verbindung mit einem Kontaktsatz,
beispielsweise dem Kontaktsatz 406, für eine bestimmte Zeitdauer erhalten bleibt, worauf dann plötzlich die
Umschaltung zu dem nächsten Kontaktsatz, beispielsweise 408, erfolgt Sie können auch elektronisch
aufgebaut sein, wie nachfolgend noch beschrieben: wird.
Die gesamte Abfragezeit der beiden Wähler 416 und
.446 für jedes Arbeitsspiel liegt vorzugsweise in der Größenordnung einer Millisekunde, so daß die Signale
einer jeden Koordinate dem Vergleicher 422 jeweils etwa während einer Dauer von 200 Mikrosekunden
zugeleitet werden. Das 13ziffrige Abweichungssignal gelangt von dem Vergleicher zu einem Digital-Analog-Umsetzer
456, in dem es in einen entsprechenden Analogwert umgewandelt wird. Da das Ausgangssignal
des Vergleichers sich, schon durch die ständige Umschaltung auf andere Koordinaten, beständig ander«,
ändert sich auch der Ausgangswert des Digital-Analog-Umsetzers 456 für jeden »Koordinatenkanal«. Dieser
Analogwert der am Ausgang 458 des Digital-Analog-Umsetzers 456 erscheint wird durch einen zyklisch
arbeitenden Wähler 460 mit fünf Kontakten 462, 464, 466,468 und 470, die den fünf Koordinaten einsprechen,
wiederum auf getrennte Leitungen, d. h. Kanäle, verteilt Zusätzlich tritt an dem Ausgang 457 ein positives oder
an dem Ausgang 459 des Digital-Analog-Umsetzers ein negatives Richtungssignal auf, das ebenfalls durch den
Wähler 460 an die einzelnen Schaltkreise einer jeden Koordinate weitergegeben wird.
Im einzelnen ist mit dem Schalterkontakt, genauer gesagt Kontaktsatz 462 ein Richtungs- und Entfernungs-Steuerschaltkreis
472 verbunden, und der zu diesem führende Leiter A führt den Analogwert von
dem Ausgang 458 des Digital-Analog-Umsetzers. Zwischen dem Leiter A und der Masse liegt ein
Speicherkonden^ator 473, damit an diesem eine Spannung entsteht deren Größe dem numerischen
Wert des Abweichungssignals aus dem Vergleicher 422 entspricht Die durch den Kondensator 473 gespeicherte
Spannung entspricht der Entfernung, weiche der Greifer in der Achsrichtung des Armes von der
vorgegebenen Position jeweils einnimmt Die Richtungssignale für die beiden in Betracht kommenden
Richtungen erscheinen auf den Leitern P bzw. M und werden in dem Schaltkreis 472 gespeichert woraus ein
Ausgangssignal in Form eines Stromes hervorgeht dessen Flußrichtung der gespeicherten Richtung und
dessen Größe der gespeicherten Entfernung entspricht und durch welches das Steuerventil 182 für die
Ausfahrbewegung betätigt wird, um seinerseits den betreffenden Hydraulikzylinder 72 zu steuern.
Auf ähnliche Weise liefert der Wähler 460 ile für die
Auf ähnliche Weise liefert der Wähler 460 ile für die
■ Richtung und Entfernung maßgenden Signale während des nächsten Abfrageintervalls an den Kontaktsatz 464
für die Drehbewegung des Greifers, die in bzw. vor dem Steuerschaltkreis 474 gespeichert werden. Mit den
Kontaktsätzen 466, 468 und 470 sind ebenso die Steuerschaltkreise 476, 478 und 480 für die weiteren
Koordinaten verbunden, wo die betreffenden Richtungs- und Entfernungssignale gespeichert werden.
Nach der Zeichnung erfährt der Wähler 460 den gleichen Antrieb wie die vorausgehenden Wähler 416
und 466. Vorzugsweise, insbesondere wenn elektronische Wähler Verwendung finden, erfolgt die Kontaktgabe
durch den Wähler 460 jeweils nur während der zweiten Hälfte eines jeden Schaltintervalls aus einem
Grunde, der nachfolgend noch erläutert wird.
Werden alle Ziffern des binären Abweichungssignals bis hinunter zu derjenigen an der letzten Stelle, welche
im Leiter 51 auftritt, Null, so entsteht kein Signal an
einem der beiden Ausgänge 457 und 459. Demzufolge wird ein Signal in jedem der Steuerschaltkreise 472 bis
480 erzeugt, das die Vollendung der Steuerbewegung in
der betreffenden Koordinate anzeigt Diese »Schlußsignale«
der einzelnen Koordinaten werden durch
Leitungen 482, 484, 486, 488 und 490 zu einer Gruppe
von Genauigkeitskontrollschaltkreisen 492 geleitet.
Nachdem alle Schlußsignale auf den Leitungen 482 bis 490 eingetroffen sind, wird Ober die bereits erwähnte
Leitung 396 ein »vollkommenes Koinzidenzsignal« an die Steuerschaltkrdse 380' für die Speichertrommel
(Fig.7) abgegeben. Zusätzlich hierzu werden zwei
»Genauigkeitskontrollsignale« in dem Digital-Analog-Umsetzer 456 erzeugt und über Leitungen 494 und 496
den Genauigkeitskontrollschaltkreisen 492 zugeführt, so daß insgesamt drei verschiedene Genauigkeitssignale
auftreten, um die Speichertrommel zu steuern, wie nachfolgend noch erläutert wird.
In Fig. 10 ist die Schaltung des gemeinsamen Digital-Analog-Umsetzers 456 im einzelnen dargestellt
In den daran anschließenden Fig. 11 und 12 sind Einzelheiten der vorausgehend mit 472 bis 480
bezeichneten Richtungs- und Entfernungsschaltkreise für die einzelnen Koordinaten zu erkennen, welche die
Stromsignale zur Betätigung der Steuerventile liefern, ebenso wie gewisse weitere Steuerschaltkreise, die zur
Durchfüh-ung zusätzlicher Funktionen beim Betneb des
Manipulators dienen. Auf der linken Seite der F i g. 10
sind die dreizehn Leiter 51 bis 513 am Ausgang des
Vergleichers 422 dargestellt wobei der Leiter 51 für die
letzte Stelle zuunterst dargestellt ist Alle diese Leiter sind durch eine Kette von ODER-Gattern verbunden,
um die Möglichkeit für Kontrollfunktionen innerhalb der Digital-Analog-Umsetzers zu schaffen, sowie zur
Erzeugung von Entfernungsinformationen. Im einzelnen bilden die Leiter 512 und 513 die Eingänge des
ODER-Gatters 500. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 500 gelangt zu dem einen Eingang eines
nachfolgenden ODER-Gatters 502, an dessen zweitem Eingang das Signal aus dem Leiter 511 eintrifft Ebenso
ist der Ausgang des ODER-Gatters 502 mit dem einen Eingang eines ODER-Gatters 504 verbunden, an dessen
zweitem Eingang das Signal von dem Leiter 510 eintrifft Die ODER-Gatter 506, 508, 510, 512,514,516,
518, 520 und 522 stehen in ähnlicher Weise mit den Eingängen der Leiter 59 bis 51 sowie mit dem Ausgang
des jeweils vorausgehenden ODER-Gatters in Verbindung.
Die Leiter 51 - 513 führen negative Spannungen, die
zwischen etwa -10 Volt und -12 Volt variieren können, je nach den unterschiedlichen Bedingungen in
den einzelnen Schaltkreisen beim Auftreten der binären
Ziffer »1«. Beim Auftreten der binären Ziffer »0« führen die Leiter Massepotential. Solange also auf einem der
Leiter oder aber einem der vorausgehenden, höherwertigen Leiter eine binäre »1« auftritt erscheint auch eine
binäre »1« am Ausgang des betreffenden ODER-Gatters. Wenn z. B. eine binäre »t« auf irgendeinem der
Leiter 59 bis 513 erscheint, tritt am Ausgang des ODER-Gatters 506 ebenfalls eine »1« auf. Führen
jedoch die Leiter 59 und alle höherwertigen Leiter eine binäre »0«, so erscheint auch am Ausgang des
ODER-Gatters 506 eine »0«. Aus diesem Grunde tritt an dem Ausgangsleiter 524 des letzten ODER-Gatte.-s. 522,
stets eine binäre »1« auf, so lange noch irgendeine Abweichung besteht, dh, bis auch an dem letzten
Leiter, 51, eine »0« auftritt
Das in dem Ausgangsleiter 524 des letzten ODER' Gatters auftretende Signal findet zusammen mit dem
erwähnten letzten Übertragungssignal aus dem Vergleicher 422, das über die Leitung 454 eintrifft dazu
Verwendung, ein positives oder negatives Richtungssignal zu erzeugen, welches angibt, in welcher Richtung
der Arm bzw. Greifer zu bewegen ist Diese Richtungssignale werden durch den betreffenden
Wähler an die jeweiligen Steuerschaltkreise der betreffenden Koordinaten weitergegeben. Der Betrachtung,
wie dies geschieht sei vorausgeschickt daß der Vergleicher 422, da er eine Subtraktion durch
komplementäre Addition durchführt das erwähnte Endübertragungssignal nur dann liefert, wenn er die
Subtraktion einer kleineren Zahl von einer größeren durchgeführt hat Umgekehrt weiß man, daß beim
Auftreten des Endübertragungssignals aus dem Vergleicher beispielsweise das Positionssignal größer als das
Datensignal war. Das Endübertragungssignal kann willkürlich der »negativen« Bewegungsrichtung zu-
,5 geordnet werden. Tritt am Ende des Vergleichs kein
solches Signal auf, so können zwei Umstände dafür verantwortlich sein: Entweder ist eine größere Zahl von
einer kleineren Zahl abgezogen worden, oder die beiden Zahlen waren einander gleich. Indessen weiß man, daß,
solange ein Signal am Ausgang des ODER-Gatters 522 erscheint die beiden miteinander verglichenen Zahlenwerte nicht gleich sind. Daher bedeutet das Ausbleiben
des Endübertragungssignals in der Leitung 454 in diesem Falle, daß die Bewegung in »positiver Richtung«
zu erfolgen hat Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal aus dem ODER-Gatter 522 dem einen Eingang
eines UND-Gatters 526 zugeführt, das an seinem zweiten Eingang ein Signal empfängt welches anzeigt
daß kein Richtungssignal aus dem Vergleicher eingetroffen ist Nur bei Anwesenheit beider Signale tritt am
Ausgang des UND-Gatters 526 ein Signal auf, das durch die Leitung 528 einem, in diesem Beispiel elektronischen
Wähler zugeführt wird. Dieser Wähler entspricht dem mechanischen Wähler 460 aus den F i g. 8 und 9 und wird
durch einen Ringzähler 530 mit fünf Stufen gesteuert der durch einen 10-kHz-OszilIator 532 über eine
bistabile Kippschaltung 531 betrieben wird. Der Ringzähler 530 besitzt fünf Ausgänge, auf denen
nacheinander Auslöseimpulse von etwa 200 Mikrosekünden Dauer auftreten.
Um das analoge Entfemungssignal und das zugehörige Richtungssignal während der zweiten Hälfte des
Abfrageintervalls der betreffenden Steuerschaltung für die jeweilige Koordinate zuzuführen, so daß der
Vergleicher 422 schon zu einer neuen Koordinate übergehen kann und die Einschaltvorgänge auf den
Leitern 51-513 Zeit finden, vor Beginn der Weitergabe
des Signals zu erlöschen, findet eine Gatteranordnung Verwendung, die das Ausgangssignal aus der
Kippschaltung 531 mit den Ausgangssignalen des Ringzählers 530 in Verbindung bringt so daß Verteilerbzw.
Durchgabeimpulse von 100 Mikrosekunden Dauer erzeugt werden, die nur während der zweiten Hälfte der
Schaltintervalle auftreten. Genauer gesagt wird das Ausgangssignal der Kippschaltung 531 einer Serie von
fünf UND-Gattern 533,535,537,539 und 541 zugeführt
während die zweiten Eingänge dieser UND-Gatter von den fünf Ausgängen des Ringzählers 530 gebildet
werden. Infolgedessen erscheinen Verteilerimpulse an den Ausgängen 534, 536, 538, 540 und 542 dieser
UND-Gatter tatsächlich nur während der zweiten Hüfte jedes Schaltintervalls und demgemäß mit einer
Dauer von etwa 100 Mikrosekunden.
Erscheint ein »negatives« Richtungssignal auf der Leitung 454, so gelangt dieses an den einen Eingang
eines UND-Gatters 530', dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang 542 für die Verteilerimpulse verbunden
ist Demgemäß wird während der zweiten Hälfte des
20 12 S5S
Schaltintervalls für die Ausfahrbewegung durch das UND-Gatter 530' ein Signal erzeugt, das eine
Bewegung in »negativer« Richtung angibt und einer bistabilen Kippschaltung 532' zugeführt wird, die
hierdurch in denjenigen Zustand versetzt wird, der die »negative« Richtung bezeichnet Wenn andererseits auf
der Leitung 528 ein »positives« Signal erscheint, so gelangt dieses an den einen Eingang eines UND-Gatters
534', dessen anderer Eingang ebenfalls mit dem Ausgang 542 in Verbindung steht, so daß die bistabile
Kippschaltung 532' ein »positives« Triggersignal erhält, mit dem sie in den umgekehrten Schaltzustand geführt
wird. Das Ausgangssignal der Kippschaltung 532' fließt über die dargestellten Leiter Po und Mo zu einem
Schaltkreis für die Erzeugung von Signalen für die Ausfahrbewegung, der allgemein mit 536' bezeichnet ist
(F i g. 11), wo es dazu dient, die Richtung des
Stromflusses durch die Wicklung 538' des Steuerventils für die Ausfahrbewegung zu bestimmen, wie nachfolgend
noch genauer beschrieben wird.
Ist bi.·. zur letzten Stelle des Positions- und des
Datensig nals Koinzidenz erreicht, so liefert das unterste
ODER-Oatter 522 (Fig. 10) nicht langer ein Ausgangssignal,
u>id infolgedessen tritt auch in der Leitung 528 am Ausgang des UND-Gatters 526 kein Signal mehr
auf. Auch wenn das Positionssignal und das Datensignal einander gleich sind, bleibt das Signal auf der Leitung
454 vom Vergleicher 422 her aus. Diese digitale Nachricht, daß vollkommene Koinzidenz besteht, wird
anstelle des tatsächlichen Positionssignals für die •Stü'setzung des Antriebs in der betreffenden Koordinate
verwendet Indessen ist es dabei erforderlich, ein Signal zu speichern, welches besagt, daß vollkommene
Koinzidenz in jeder Koordinate erreicht ist, da die Signale in den Leitungen 454 und 524 sich von Kanal zu
Kanal ändern, je nachdem, ob Koinzidenz für eine bestimmte Koordinate erreicht ist Zu diesem Zweck-ist
ein UND-Gatter 540' vorgesehen, dessen beiden Eingängen Signale zugeführt werden, welche die
Abwesenheit eines Ausgangssignals aus den UND-Gattern 530' und 534' und damit vollkommene Koinzidenz
für die Bewegung in Achsrichtung des Armes angeben. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 540' wird einer
bistabilen Kippschaltung 542' zugeführt, die, wenn in den totale Koinzidenz bezeichnenden Zustand gebracht,
üöer Dioden 544 und 546 Massepotential an die Leitungen Po und Mo anlegt, wodurch sichergestellt ist.
daß die Wicklung 538' des Steuerventils keinen Strom erhalten kann. Die Kippschaltung 542' bleibt so lange in
diesem »vollkommenen Koinzidenzzustand«, bis sie durch einen Impuls von den Steuerschaltkreisen 380' der
Speichertrommel, der an den Eingang 548 gelangt, rückgesetzt wird.
Da das Richtungssignal und damit das vollkommene Koinzidenzsignal an dem digitalen Ausgang des
Vergleichers 422 für sämtliche Kanäle erscheint, ist es erforderlich, die »positiven« oder »negativen« Richtungssignale
jeweils für die anderen vier Koordinaten bzw. Kanäle zu speichern und die betreffenden
Leitungen auf Massepotential zu bringen, wenn vollkommene Koinzidenz hergestellt ist. Zu diesem
Zweck werden über die Leitungen 528 und 454 zwei UND-Gatter 550 und 552 beaufschlagt, deren zweiter
Eingang mit dem Ausgang 540 für die Vcrteilerimpulse
verbunden ist Die übrige Schaltung für den Erhalt der Greiferdrehbewegungssignale ist durch den Block 554
wiedergegeben. Zwei weitere UND-Gatter, 556 und 558, sind einerseits mit dem Ausgang 538 für die
Verteilerimpulse verbunden, andererseits mit den obenerwähnten »positiven« und »negativen« Leitungen
528 und 454. Die zugehörige Schaltung zum Erhalt der Hebe-Senk-Bewegungssignale ist mit 560 bezeichnet
Ebenso sind UN D-Gatter 562 und 564 für die Erzeugung der Greiferbeugebewegungssignale in der Schaltung
566 sowie UND-Gatter 568 und 570 für die Erzeugung der Schwenkbewegungssignale in der Schaltung 572
vorgesehen.
Um ein vollkommenes Koinzidenzsignal zu erhalten, welches angibt, daß vollkommene Koinzidenz in allen
Koordinaten erreicht ist, und zur Erzielung der größtmöglichen Genauigkeit, für weiche die niedrigste
Ziffer des betreffenden digitalen Positinnssignals maßgebend ist, ist .ein UND-Gatter 574 mit fünf
Eingängen vorgesehen, mit denen die Ausgänge von bistabilen Kippschaltungen entsprechend der Kippschaltung
542' in der Schaltung zur Erzeugung der Ausfahrbewegungssignale verbunden sind. Genauer
gesagt stehen der Ausgang der bistabilen Kippschaltung 542' mit einer Leitung 576 und die Ausgänge der
vier Kippschaltungen für die vier weiteren Koordinaten mit Leitungen 578,580,582 und 584 in Verbindung. Der
Ausgang des UND-Gatters 574 führt ein Signal nur dann, wenn in allen fünf Koordinaten die größtmögliche
Koinzidenz erreicht ist Dieses Signal wird einem ODER-Gatter 586 mit drei Eingängen zugeleitet an
denen Signale selbst dann auftreten, wenn das Positionssignal noch keine genaue Obereinstimmung
mit dem Datensignal aufweist, wie nachfolgend noch erläutert wird, für den Fall, daß bei bestimmten
Programmschritten eine vollkommene Koinzidenz gar nicht gewünscht wird. Wie nachfolgend ebenfalls noch
dargelegt erlaubt die Verwendung solcher künstlicher »Koinzidenzsignale« für verminderte Genauigkeit eine
gekrümmte Bahn des Greifers, die unter bestimmten Arbeitsbedingungen des Manipulators vorteilhaft ist.
Nachfolgend sei nun die Art und Weise betrachtet, in
welcher die digitalen Ausgangssignale des Vergleichers 422 für die einzelnen Kanäle bzw. Koordinaten in
Analogwerte in Form von Spannungen umgewandelt werden, weiche die Strecke angeben, über welche der
Arm bzw. Greifer in jeder Koordinate bewegt werden muß. Zu diesem Zweck liegt zwischen den Leitern
51 — 511 am Vergleicherausgang eine Summierungsund
Funktionserzeugungsschaltung in Form einer Kettenschaltung. Zu dieser Kettenschaltung gehören
die Reihenwiderstände 590. die in Serie einem jeden der Leiter 51-511 nachgeschaltet sind, sowie eine Anzahl
von Widerständen 592, die zwischen jt zweien der Serienwiderstände 590 angeordnet sind. Ferner liegt ein
Widerstand 594 zwischen der Verbindung der Widerstände 590 und 592 am Leiter 511 und der Masse sowie
ein Widerstand 596 zwischen der Masse und dem entgegengesetzten Ende der Kettenschaltung. Die
Widerstände 590, 594 und 5% haben alle den gleichen Wert nämlich den doppelten desjenigen der Widerstände
592.
Um die dem Vergleicher 422 entstammenden digitalen Ausgangssignale zu normalisieren, ist jeder der
Ausgangsleiter des VergleicheFS bis hinauf zum Leiter 6? 11 mit einer stabilisierten Spannungsquelle von -9
Volt verbunden- Genauer gesagt, liegt zwischen dem Leiter 511 und dem negativen Pol der Spannungsquelle
eine Diode 598. Demgemäß ist das digitale Signal auf dem Leiter 511, das normalerweise zwischen -10 Volt
und —12 Volt, je nach den Verhältnissen in dem jeweiligen Stromkreis, variieren könnte, durch die
Diode 598 auf -9 Volt festgelegt, d. h., eine binäre »1«
auf dem Leiter 511 wird stets durch eine Spannung von
-9 Volt dargestellt In ähnlicher Weise sind alle übrigen
Leiter 510-51 Ober Dioden 600, 602 usw. mit der
stabilisierten Spannungsquelle verbunden.
Die dargestellte Kettenschaltung hat die Eigenschaft, daß beim Auftreten eines maximalen Abweichungssignals,
bei dem noch die Ziffernstelle auf dem Leiter 511 beeinflußt wird, d. h., wenn auf allen Leitern
51-511 eine »1« erscheint, am oberen Ende der Kettenschaltung, d.h. an dem Leiter 604, eine
Ausgangsspannung auftritt, die genau zwei Drittel der Bezugsspannung, d.h. —6 Volt, entspricht Die gleiche
Spannung tritt in jedem Glied der Kettenschaltung auf, wenn die dort ankommenden Leiter ebenfalls eine
binäre »1« führen. So z. B. herrscht, wenn die ersten fünf
Leiter 51-55 eine binäre »1« führen, eine Spannung
von —6 Volt an dem fünften Glied der Kettenführung, d. h. in dem Leiter 606.
Da jedes Glied der Kettenschaltung mithin bei Auftreten eines maximalen Abweichungssignals an
diesem Glied dieselbe Spannung führt können die Ausgänge der verschiedenen Glieder der Kettenschaltung
in einer abschließenden Summierungsschaltung zusammengefaßt werden, um ein zusammengesetztes
analoges Abweichungssignal zu erzeugen, welches die erforderliche Form besitzt um die erwünschten
Verzögerungseigenschaften des Manipulatorarmes bzw. des -greifers zu erzielen. Zu diesem Zweck wird das
Ausgangssignal des fünften Gliedes der Kettenschaltung, d h. dasjenige, welches auf dem Leiter 506 auftritt,
einer Funktionserzeugungsschaltung zugeführt die in ihrer Gesamtheit mit 608 bezeichnet ist; das Ausgangssignal
des Gliedes an den. Leite 56, welches in dem Leiter 614 auftritt wird e:ner Funktionserzeugungsschaltung
612, dasjenige des Glieds an dem Leiter 57 über den Leiter 618 einer Funktionserzeugungsschaltung
616, das Ausgangssignal des Gliedes an dem Leiter 58 über einen Leiter 622 einer Funktionserzeugungsschaltung
620, das Ausgangssignal des Gliedes an dem Leiter 59 über einen Leiter 624 einer Funktionserzeugungsschaltung
625, das Ausgangssignal des Gliedes an dem Leiter 510 über einen Leiter 626 einer Funktionserzeugungsschaltung
628 und das Ausgangssignal dei Gliedes an dem Leiter 511, wie gesagt über einen
Leiter 604 einer Funktionserzeugungsschaltung 630 zugeführt. Die Ausgangssignale dieser sieben Funktionserzeugungsschaltungen
werden alle parallel einem gemeinsamen Summierungswiderstand 632 zugeleitet,
mit dem die Einzelströme aus einer jeden Funktionserzeugungsschaltung
summiert werden, um ein zusammengesetztes analoges Abweichungssignal zu ergeben.
Die Glieder an den Leitern 51-54 der Kettenschaltung werden nicht zur Erzeugung von Anteilen des
analogen Abweichungssignals ausgenützt, da die gewünschten Verzögerungseigenschaften ohne Verwendung
dieser Glieder erreicht werden können.
Während, wie dargelegt das Ausgangssignal eines jeden Gliedes der Kettenschaltung einen Maximalwert
von - 6 Volt erreicht wenn an dem jeweiligen Leiter ein maximales Abweichungssignal eintrifft, verändert sich
das Ausgangssignal des vorausgehenden Gliedes zu einem kleineren Wert, unter Umständen sogar zu Null
hin, wenn ein nur unwesentlich größeres Abweichungssignal eintrifft Demgemäß ist es erforderlich, für das
zusammengesetzte analoge Abweichungssignal unter allen Umständen, bei denen das maximale Abweichungssignäl
einen bestimmten Wert an einem bestimmten Glied der Kettenschaltung überschreiten
könnte, genau festliegende Spannungsanteile zu haben. Betrachtet man z. B. das Glied an dem Leiter 55: An
dem dortigen Leiter 606 wird das Ausgangssignal beim Eintreffen von binären Signalen des Wertes »1« auf
sämtlichen der Leiter 51-55 den Wert -6 Volt annehmen. Das nächstgrößere Abweichungssignal würde
durch die binäre Zahl 100 000 dargestellt was bedeutet daß eine binäre »1« auf dem Leiter 56 auftritt
während die vorausgehenden Leiter 51—55 jeweils
eine binäre »0« führen. Unter diesen Umständen würde die Spannung auf dem Leiter 606 auf Null zurückfallen,
wohingegen die Spannung auf diesem Leiter bei —6 Volt verbleiben sollte, da die Abweichung ja nun sogar
größer als vorher ist, und die Funktionserzeugungsschaltung 608 weiterhin den gleichen Spannungsanteil
zu dem zusammengesetzten analogen Abweichungssignal beisteuern sollte.
Um dieses gewünschte Ergebnis zu erreichen, finden die Ausgangssignale aus den ODER-Gattern 500—512.
die von Signalen auf den Leitern 56 — 513 abgeleitet sind, dazu Verwendung, die Funktionserzeugungsschallungen
so zu steuern, daß von einer jeden derselben bei allen Abweichungssignalen, deren Amplitude größer als
der zu einem bestimmten der Funktionserzeugungsschaltungen gehörige Wert ist eine konstante Spannung
hervorgebracht wird. So wird, betrachtet man die Funktionserzeugungsschaltung 608, das Ausgangssigna]
des fünften Gliedes der Kettenschaltung, welches auf dem Leiter 606 auftritt der Basis eines Transistors 640
zugeführt dessen Kollektor mit dem gemeinsamen Summierungswide/atand 632 verbunden ist Der Emitter
des Transistors 640 ist in Serie über einen Widerstand 642 und eine Diode 644 mit dem Ausgang des
ODER-Gatters 512 verbunden, welcher der Funktionserzeugungsschaltung
608 über einen Leiter 646 zugeführt wird 1st das Abweichungssignal nicht größer als es
dem fünften Glied der Kettenschaltung entspricht so tritt auf sämtlichen der Leiter 56-513 mithin eine
binäre »0« auf, womit das Ausgangssignal des ODER-Gatters 512 Null wird, d. h Massepotential
annimmt Da das obere Ende des gemeinsamen Summierungswiderstandes 632 an — 18 Volt liegt fließt
ein Strom durch diesen Widerstand, dessen Größe sich durch den Wert des Widerstandes 642 sowie die
Basisspannung des Transistors 640 bestimmt Wie bereits angedeutet, beträgt die Basisspannung des
Transistors 640 - 6 Volt, wenn an dem fünften Glied der
Kettenschaltung ein maximales Abweichungssignal auftritt, d. h., wenn an sämtlichen der Leiter 51-55
eine binäre »1« erscheint.
Ist das Abweichungssignal um ein Bit größer als dieses maximale Signal des fünften Gliedes, so tritt auf
d».m Leiter 56 eine binäre »1« auf. während die Leiter
51-55 jeweils eine binäre »0« führen. Die binäre »1«
auf dem Leiter 56 gelangt über das ODER-Gatter 512 zu der Funktionserzeugungsschaltung 608, wo sie den
Transistor 640 sperrt und statt dessen einen festen Strom an den gemeinsamen Summierungswiderstand
632 liefert welcher für alle die Stelle des fünften Gliedes der Kettenschaltung überschreitenden Abweichungssignale gleich ist. Genauer gesagt: Liefert das
ODER-Gatter 512 ein Ausgangssignal, so gelangt über
den Leiter 646 an die Diode 644 eine negative Spannung, womit der Stromfluß durch den Transistor
640 unterbunden wird Der Kollektor eines zweiten Transistors, 6*8, ist mit dem Summierungswiderstand
632 Verbunden, während der Emitter dieses Transistors
IQ
ober einen Widerstand 650 an Masse liegt Die Basis des
Transistors 648 steht einerseits über einen Widerstand 652 mit der Masse in Verbindung, während sie
andererseits über eine Diode 654 mit einem Potential von -9 Volt verbunden ist Weiterhin wird das
Ausgangssignal des ODER-Gatters 512 über den Leiter 646 der Basis des Transistors 648 zugeleitet. Liegt der
Leiter 646 auf Massepotential, so ist der Transistor 648 gesperrt und trägt nicht zum Stromfluß durch den
gemeinsamen Summierungswiderstand 632 bei. Wenn jedoch auf dem Leiter 646 ein negatives Signal eintrifft,
d.h., wenn das Abweichungssignal die maximale Spannung des fünften Gliedes der Kettenschaltung
überschreitet legt die Diode 654 den Leiter 646 auf einem Potential von -9 Volt fest und dieses
9-Volt-Signal gelangt an die Basis des Transistors 648,
um einen bestimmten Stromdurchgang durch den Summierungswiderstand 632 herbeizuführen, dessen
Größe EXh nach derjenigen des Emitterwiderstandes
650 richtet Der Wert des Widerstandes 650 ist so bemessen, daß der Strom, welcher den Transistor 648
durchfließt genau demjenigen im Transistor 640 entspricht wenn das für das fünfte Glied -naxiir.ale
Abweichungssignal auftritt unmittelbar bevor der Transistor 640 sperrt Auf diese Weise wird ourch den
Transistor 648 für alle Abweichungssignale, die den Maximalwert des fünften Gliedes der Kettenschaltung
überschreiten, ein festliegender Spannungsbetrag zu dem zusammengesetzten Abweichungssignal beigesteuert
Die übrigen Funktionserzeugungsschaltungen 612, 616,620,625,628 und 630 entsprechen vollkommen der
Funktionserzeugungsschaltung 608 mit der Ausnahme, daß die Widerstände 642 und 650 in einer jeden dieser
Schalungen einen anderen Wert besitzen, so daß das zusammengesetzte Abweichungssignal eine besondere
Form erhält und damit eine bestimmte Verzögerungseigenschaft
für den Manipulator erhalten wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß für die
beiden stellenmäßig höchsten Glieder der Kettenschaltung an den Leitern S12 und S13 keine Funktionserzeugungsschaltungen
vorgesehen sind. 1st das Abweichungssignal größer als es dem dem Glied an dem Leiter
511 entsprechenden Maximalwert entspricht so wird seitens der Kettenschaltung ein zusammengesetztes
Abweichungssignal mit einer festen Amplitude von - 6 Volt an dem Summierungswiders.' ind 632 erzeugt.
Indessen besteht das zusammengesetzte Abweichungssignal, wie beschrieben, aus Anteilen eii.er jeden
einzelnen der Funktionserzeugungsschaltungen. Sinkt das Abweichungssignal i-.nter den Maximalwert des zu
dem Leiter S11 gehörigen Gliedes ab, so geht auch das
zusammengesetzte Abweirhungssignal auf Grund des verminderten Stromflusses durch den Transistor 640 der
höchstwertigen Funktionserzeugungsschaltung 630 zurück, während die Ausgangssignale der Funktionserzeugungsschaltungen
608, 612, 616, 620, 625 und 628 auf einem festen Wert verbleiben. Sinkt das Abweichungssignal unter den Maximalwert des zehnten Gliedes ab,
so schaltet sich auch der Transistor 640 der zugehörigen Funktionserzeugungsschaltung 628 ein, und der diesen
Transistor durchfließende Strom nimmt ab, während weh der Spannungswert des Abweichungssignals vermindert
Gleichzeitig reduziert sich auch der Strom durch den Transistor 640 dsr Funktionscrzeugungsschaltung
an der höchsten Stelle. In gleicher Weise schatten sich auch dii Transistoren 640 der nach unten
nachfolgenden Funktionserzeugungsschaltungen ein, wenn die Spannung des Abweichungssignals weiter
abnimmt bis schließlich sämtliche Transistoren 648 für den festen Spannungsanteil der Funktionserzeugungsschaltungcn
außer Funktion getreten sind und die betreffenden Transistoren 640 dieser Schaltungen nun
parallel zu dem Summierungswiderstand 632 liegen, um Anteile zu dem zusammengesetzten Abweichungssignal
beizutragen. Der Strom durch alle diese Transistoren nimmt weiterhin ab, wenn das Abweichungssignal unter
ίο den Maximalwert des fünften Gliedes fällt und die durch
die einzelnen Transistoren beigetragenen Stromanteile bei Annäherung an die vollkommene Koinzidenz
fortlaufend kleiner werden.
Der analoge Ausgangswert auf der Leitung 664 entsteht somit durch Summierung von Anteilen aus
verschiedenen »Niveaus« der Kettenschaltung bis hinunter zu deren Glied an dem Leiter 55. Würde die
gesamte Kettenschaltung aus den Widerständen 590 und 592 dazu verwendet werden, ein Abweichungssignal
zu erzeugen, das bis hinunter zur letzten Stelle genau ist so müßten die Widerstände 590,592,594 und 596 dieser
Kettenschaltung eine höhere Genau,&iceit aufweisen als
die Kodierer, um die volle Genauigkeit der letzteren ausnützen zu können. Die Genauigkeit eines Kodierers
mit elf Bits beträgt '/2048. Demgemäß müßte die Genauigkeit der Widerstände in der Kettenschaltung
größer ils 0,05% sein, und solche Widerstände sind sehr teuer. Weiterhin würde, falls das Ausgangssignal der
gesamten Kettenschaltung, d. h. die Spannung an dem
Leiter 604, u ittelbar als analoger Ausgangswert
verwendet würde, der nachfolgende Servoverstärker auf '/2000 der maximalen, in dem Leiter 604 auftretenden
Spannung anzusprechen haben, was einem Signal in der Größenordnung von wenigen Millivolt entsprechen
würde. Der Servoverstärker müßte also außerordentlich empfindlich sein.
Tritt ein großes Abweichungssignal auf, so ist es ohnehin nicht erforderlich, einen genauen Analogwert
zu erhalten. Genauigkeit ist lediglich dann notwendig, wenn das Abweichungssignal klein wird. Dem wird bei
dem erfindungsgemäßen Gerät entsprochen, ohne daß die Kettenschaltung deshalb aus sehr genauen Widerständen
aufgebaut sein müßte. Wenn sich die Größe des Abweichungssignals verringert, bewegen sich die damit
verbundenen Signale entlang der Kette gleichsam »die Leiter hinunter«!, so daß das Abweichungssignal
vergrößert erscheint wenn es sich dem Wert Null nähen und folglich keine sehr genauen Widerstände
erforderlich sind. Nur wenn das Abweichungssignal auf den verhältnismäßig geringen Wert abfällt, bei dem die
Spannung auf dem Leiter 606 am Ausgang des Gliedes mit dem Leiter 55 geringer als -6 Volt wird, wird die
Genauigkeit der Widerstände der Kettenschaltung bedeutsam. In diesem Fall aber entspricht das
Abwc.ciiungssignal einer nur fünfstelligen Binärzahl,
deren Genauigkeit wesentlich unter '/ioo liegt, so daß
sämtliche Widerstünde 590, 592, 594 und 5% der Kettenschaltung eine viel größere Toleranz aufweisen
und damit viel billiger sein können. Darüber hinaus ist ein viel weniger aufwendiger Servoverstärker erforderlich,
da die Ausgangsspannung für die niedrigstwertige Ziffer erheblich größer ist, als wenn das Ausgangssignal
der Kettenschaltung in den analögen Ausgangswert eingehen würde.
Das Ausgangssignal des gemeinsamen Summierungswiderstandes 632 wird der Basis eines Transistors 656
zugeführt dessen Emitter über einen Widerstand 658 mit einem Potential von -18 Volt und dessen Kollektor
über einen Widerstand 660 mit Masse verbunden ist Weiterhin ist der Kollektor unmittelbar mit der Basis
eines Emitterfolgetransistors CG2 am Ausgang verbunden, so daß ein analoges Signal entsprechend dem
digitalen Abweichungssignal aus dem Vergleichef 422 auf der Ausgangsleitung 664 erscheint. Jedoch dauert
das analoge Signal für einen bestimmten Kanal der in Betracht kommenden Koordinaten nur etwa 200
Millisekunden, während welcher ein bestimmtes Abweichungssignal aus dem Vergleicher 422 bezogen wird.
Auf diese Weise ändert sich der Ausgangswert auf der Leitung 664 fortwährend entsprechend den Abweichungen
in den verschiedenen Koordinaten zwischen dem jeweiligen Positions- und dem Steuersignal.
Dieser zyklisch wechselnde Analogwert wird in geordneter Weise den einzelnen Entfernungsschaltkreisen
einer jeden Koordinate zugeführt. Genauer gesagt, sind mit der Leitung 664 zueinander parallel die
to Der Kollektor des Transistors 702 steht weiterhin Über
einen Widerstand 706, derjenige des Transistors 704 über einen Widersland 708 mit einem Potential von
-18 Volt in Verbindung.
Um die Flußfichturig des Stromes durch die Wicklung
538' des Steuerventils zu bestimmen, werden die auf den Leitern Po und Mo der Koordinate für die Ausfahrbewegung
auftretenden Spannungen dazu herangezogen, die Leitfähigkeit der elektronischen Schalter 692 und
694 in Reihe mit dem betreffenden Steuertransistor 6% bzw. 700 zu steuern. Beispielsweise wird df*r positiven
Bewegungsrichtung ein negatives Signal auf dem Leiter Po zugeordnet, welches dem Schalter 694 zugeführt
wird, um diesen zu schließen. Weiterhin wird die Spannung von dem Leiter Po der Basis eines
Schalttransistors 710 zugeführt, dessen Emitter mit Masse und dessen Kollektor mit der Basis des
Transistors 700 verbunden ist Auf diese Weise wird or·
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stören 666, 668, 670, 672 und 674 verbunden, je einem
für jede der fünf Koordinaten. Die Verteilungsimpulse aus den fünf UND-Gattern 533, 535, 537, 539 und 541
gelangen zu den Steuerelektroden dieser Feldeffekttransistoren, und die Sammelelektroden derselben sind
mit entsprechenden Speicherkondensatoren 676, 678, 680, 682 und 684, je einem für jede Koordinate,
verbunden (Fig. II). Die an den Ausgängen 534, 536,
538, 540 und 542 der UND-Gatter erscheinenden Verteilungsimpulse steuern auf diese Weise die
Feldeffekttransistoren während der zweiten Hälfte eines jeden Abfrage- bzw. Verteilungsintervalls aufeinanderfolgend
leitend, so daß die auf der Leitung 664 auftretende Analogspannung nacheinander an die
Speicherkondensatoren der einzelnen Kanäle gelangt und diese auf den Wert des Abweichungssignals der
betreffenden Koordinate auflädt Infolgedessen tritt an einem jeden der Kondensatoren 676 bis 684 letzten
Endes eine Spannung auf, die charakteristisch ist für die in der betreffenden Koordinate noch zurückzulegende
Strecke.
Betrachtet man den Kanal für die Ausfahrbewegung, so stellt man fest daß die an dem Kondensator 676
erzeugte Spannung über einen Reihenwiderstand 686 und ein Potentiometer 688 zur Einstellung der
Empfindlichkeit an den Eingang eines Servoverstärkers 690 gelangt, worin das Spannungssignal verstärkt wird,
um einer Ausgangs-Brückenschaltung zugeführt zu werden, von der die Wicklung 538' des betreffenden
Steuerventils 182 einen Teil bildet Der Ausgangs-Brückenschaltung gehören zwei elektronische
Schalter 692 und ^94 an, die auf einer Seite miteinander
sowie mit einem Spannungspotential von -18 Volt verbunden sind, während ihre anderen Seiten mit den
beiden Enden der Wicklung 538' in Verbindung stehen. Die Verbindung des Schalters 694 mit der wicklung 538'
ist über einen Steuertransistor 696 und einen kleinen Rückkopplungswiderstand 698 mit der Masse verbunden.
Ebenso steht auch die Verbindung zwischen dem Schalter 692 und der Wicklung 538' über den
Widerstand 698 mit der Masse in Verbindung.
Der die Transistoren 696 und 700 durchfließende Strom wird wahlweise gesteuert nach Maßgabe des
Ausgangssignals aus dem Servoverstärker 690, je nach der Richtung, in welcher sich der Arm bzw. Greifer zu
bewegen hat Dazu wird das Verstärker-Ausgangssignal der Basis zweier Transistoren 702 und 704 zugeführt,
deren Emitter an Masse liegt, während ihr Kollektor mit der Basis des Transistors 696 bzw. 700 verbunden ist
so daß die Spannung am Ausgang des Servoverstärkers 690 den Stromdurchgang durch den Transistor 700
unter Vermittlung des Transistors 704 steuern kann. Gleichzeitig liegt der Leiter Mo für die negative
Bewegungsrichtung an Masse, womit das Massepotentia! auch an den Schalter 692 gerät und diesen öffnet um
einen Stromfluß von der linken Seite der Wicklung 538' (Fig.il) zu (Ifi'i Potential von -18 Volt zu
unterbirJen. Zusätzlich gelangt das Signai von dem
Leiter Mo zu einem Schalttransistor 712, dessen Emitter ebenfalls mit Masse und dessen Kollektor mit der Basis
des Transistors 696 verbunden ist D?·; Massepotential
an dem Transistor 712 macht diesen leitend, so daß durch den gemeinsamen Widerstand 706 ein Strom
gezogen wird, der den Transistor 696 sperrt Infolgedessen kann ein Strom nur durch den Transistor 700, die
Wicklung 538', und zwar in Richtung des Pfeiles 714, und über den Schalter 694 zu dem Potential von -18 Volt
fließen. Der Betrag dieses Stromes wird zudem durch das Ausgangssignal des Servoverstärkers 690 gesteuert,
so daß der Kolben des Hydraulikzylinders 72 in der gewünschten Richtung letzten Endes mit einer Geschwindigkeit
angetrieben wird, die der Größe des Stromes in der Wicklung 538' entspricht Hat eine
Bewegung im umgekehrten, also im negativen Sinn, zu erfolgen, so liegt der »positive« Leiter Po auf
Massepotential, womit der Transistor 710 leitend ist und den Transistor 700 sperrt Infolgedessen kann kein
Strom durch diesen Transistor hindurchtreten, während gleichzeitig der Schalter 694 geöffnet ist Ein negatives
Potential auf dem Leiter Mo bringt den Schalter 692 zum Schließen, und der Transistor 712 wird nichtlc' tend,
so daß der Transistor 696 in Abhängigkeit von der Größe des Ausgangssignals aus dem Servoverstärker
690 gesteuert werden kann. In diesem Falle fließt Strom durch den Widerstand 698, den Transistor 696, die
Wicklung 538' in Richtung des Pfeiles 716 und über den Schalter 692 zu dem Spannungspotential von —18 Volt
Die an dem Widerstand 698 auftretende Spannung gelangt als Rückkopplungssignal an den Eingang des
Servoverstärkers 690, unabhängig von der Stromrichtung in der Wicklung 538'. Die für die übrigen vier
Koordinaten in den Speicherkondensatoren 678, 680, 682 und 684 gespeicherten Analogspannungen gelangen
ebenso zu entsprechenden Entfernungsschaltkreisen, die durch die Blöcke 720, 722, 724 und 726 angedeutet
sind.
Es sei daran erinnert, daß von dem Digital-Analog-Umsetzer
456 ein maximaler Ausgangswert von —6
Volt hervorgebracht wird, so daß auch zu dem Servoverstärker 690 maximal -6 Volt gelangen, die
eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit zur Folge haben. Unter bestimmten Bedingungen ist es jedoch
erwünscht, den Maximalwert der an den Verstärker 690
gelangenden Spannung auf einen etwas geringeren V/ert zu begrenzen, so daß auch die Geschwindigkeit
des K<V,bens in dem Zylinder 72 etwas geringer wird;
Um dies lü erreichen, ist ein Begrenzungstransistor 730 vorgesehen, dessen Emitter mit der Verbindung des
Widerstandes 686 und des Potentiometers £88 verbunden ist, während sein Kollektor an Masse liegt Die Basis
des Transistors 730 ist mit einer veränderlichen Gleichspannungsquelle in Gestalt eines Potentiometers
732 verbunden. Steigt die Spannung an dem Kondensator 676 negativ bis zu dem Wert derjenigen Spannung
an, die an der Basis des Transistors 730 liegt und durch das Potentiometer 732 einstellbar ist, so wird der
Transistor 730 leitend und verhindert, daß die Spannung an dem Kondensator 676 einen noch größeren ao
negativen Wert annimmt, wodurch die maximale Geschwindigkeit des Kolbens in dem Zylinder 72
begrenzt wird. Entsprechende Potentiometer in den Schaltkreisen der übrigen vier Koordinaten sind ebenso
mit einer gemeinsamen Leitung 734 verbunden, wie durch die Anschlüsse 736 angedeutet ist, und ein Relais
738 dient dazu, -6 Volt oder eine variable negative Spannung wahlweise den oberen Enden aller fünf
Potentiometer 732 zuzuführen. Dieses Relais 738 wird von dem Pufferspeicher 392 in Abhängigkeit von einem
Gesch'vindigkeitssignal gesteuert, das zuvor in Verbindung mit dem jeweiligen Programmschritt auf der
Speichertrommel 300 aufgezeichnet, worden ist, falls die maximale Geschwindigkeit für alle fünf Koordinaten auf
einen Wert unterhalb der normalen Geschwindigkeit begrenzt werden soll, welche einem Spannungssignal
von —6 Volt entspricht Diese variable Spannung kann an der Bedienungstafel 44 eingestellt werden. Zusätzlich
kann ein jedes der Potentiomter 732 so eingestellt werden, daß der Arm bzw. Greifer in der entsprechenden
Koordinate eine gewünschte Maximalgeschwindigkeit erfährt Die einmal erfolgte Einstellung der
Potentiometer 732 bleibt jedoch für alle Schritte eines Programms bestehen, wohingegen die durch das Relais
738 herbeigeführte Geschwindigkeitsänderung von Programmschritt zu Programmschritt wechseln kann.
Um die Verzögerungseigenschaften in jeder Koordinate
noch weiter beeinflussen zu können, ist am Eingang des Verstärkers 690 ein Widerstand 740 vorgesehen, der
zwischen dem rechten Ende des Potentiometers 688 (Fig. 11) und Masse liegt Das Potentiometer 688 und
der Widerstand 740 wirken als Spannungsteiler, der mittels des Potentiometers 688 eingestellt werden kann,
um die Verzögerungseigenschaften oder Dämpfungseigenschaften des Armes bzw. Greifers in der betreffenden
Koordinate zu beeinflussen. Die Einstellung des Potentiometers 688 hat die Wirkung, die maximale, dem
Verstärker 690 zugeführte Spannung und damit auch die betreffende Geschwindigkeit weiter zu begrenzen.
Gleichzeitig beeinflußt aber die Einstellung des Potentiometers 688 die Empfindlichkeit bzw. den
Verstärkungsfaktor des Verstärkers 690. Durch Verstellung des Begrenzungspotentiometers 732 und des
Dämpfungspotentiometers 688 kann eine bestimmte erwünschte Verzögerungscharakteristik erzielt werden, g5
die für eine bestimmte Belastung oder auch für den Leerlauf des Manipulators geeignet ist Beispielsweise
führt bei einer bestimmten Einstellung des Dämpfungspotentiometers 688 die Verstellung des Potentiometers
732 im Sinne einer höheren Maximalgeschwindigkeit dazu, daß die Verzögerung früher einsetzt, da die
Neigung der durch das Potentiometer 688 bestimmten Kurve konstant bleibt Andererseits bewirkt bei fester
Einstellung des Potentiometers 732 eine Verstellung des Potentiometers 688 in entsprechender Richtung eine
Verminderung der maximalen Geschwindigkeit in der betreffenden Koordinate, wobei gleichzeitig die Neigung
der Verzögerungskurve von einem Maximalwert bis auf Null abnehmen kann.
Während das Signal für die vollkommene Koinzidenz aus dem UND-Gattet 574 in Fig. 12 angibt, daß die
gewünschte Bewegung des Armes bzw. Greifers in jeder Koordinate mit einer Genauigkeit von etwa
1,225 mm erfolgt ist, ist es in vielen Fällen, wie gesagt, weder erforderlich noch wünschenswert den Manipulatorarm
bzw. -greifer genau bis in die programmierte Position einer jeden Koordinate gelangen zu lassen,
bevor eine neue Gruppe von Steuerdaten von der Speichertrommel abgerufen wird. Im Gegenteil, wenn
ein künstliches Koinzidenzsignal erzeugt wird, während das Abweichungssignal noch ziemlich groß ist, und
dieses künstliche Koinzidenzsignal anstelle des obenerwähnten, die tatsächliche, vollkommene Koinzidenz
anzeigenden Signals dazu verwendet wird, auf den nächsten Programmschritt umzuschalten, kann eine
beträchtliche Zeitersparnis bezüglich der für die Zuendeführung des Programmschrittes erforderlichen
Zeit erzielt werden. Bei der dargestellten Ausführung werden zwei solche künstliche Koinzidenzsignale
gebildet, die gleichfalls dem ODER-Gatter 586 zugeführt werden und dort an die Stelle des vorausgehend
erwähnten »vollkommenen Koinzidenzsignals« treten können, um den Übergang zu dem nächsten Programmschritt
zu veranlassen. Das eine dieser künstlichen Koinzidenzsignale kann z. B. so eingestellt werden, daß
der nächste Programmschritt abgerufen wird, wenn die Abweichung noch zwischen etwa 1,225 Millimeter und
38,1 Millimeter beträgt während das zweite künstliche Koinzidenzsignal für einen Übergang zu dem nächsten
Programmschritt bereits bei einer Abweichung von 25 bis 50% des gesamten Bewegungsspielraumes in einer
jeden der Koordinaten vorgesehen sein kann.
Es sei nun zuerst die Schaltanordnung für den Erhalt des ersten künstlichen Koinzidenzsignals erläutert Zu
diesem Zweck ist eine zweite Kettenschaltung vorgesehen, welche die Leiter 51—57 am Ausgang des
Vergleichers 422 verbindet Dieser gehört eine Reihe von Widerständen 790 an (Fig. 10), die in Serie mit
einem jeden der Leiter 51—57 liegen und an ihrem Aurgangsende durch Widerstände 792 paarweise zu der
Kettenschaltung verbunden sind. Weitere Widerstände, 794 and 796, führen von dem unteren bzw. oberen Ende
der Kettenschaltung an Masse. Die Widerstände 790, 794 und 796 besitzen alle die gleiche Größe, nämlich den
doppelten Wert der Widerstände 792. Es sei daran erinnert daß das Ausgangssignal der elfgliedrigen
Kettenschaltung mit den Widerständen 590 und 592, d. h. die Spannung auf dem Leiter 604, einen Wert von
—6 Volt bei der maximalen, sich auf dem Leiter 511
auswirkenden Abweichung aufweist Auf Grund der besonderen Ausbildung der nun betrachteten Kettenschaltung
tritt dieselbe maximale Spannung an jedem einzelnen Glied dieser Kettenschaltung auf, wenn dort
ein maximales Abweichungssignal anliegt Demzufolge wird an dem Ausgangsleiter 798 der Kettenschaltung
eine Spannung von —6 Volt hervorgerufen, wenn die
digitalen Abweichungssignale auf den Leitern 51-57
jeweils eine binäre »1« bilden. Weiterhin steigt die
Spannung auf dem Leiter 798 mit dem Abweichungssignal von Null bis zu dem maximalen Wert von - 6 Volt
an. Wird das Abweichungssignal jedoch etwas größer, beispielsweise wenn das binäre Abweichungssignal
10 000 000 beträgt, so werden die Signale auf sämtlichen
der Leiter 51-57 zu Null, und an dem Leiter 798 tritt
Massepotentia' auf. Daher findet das aus dem ODER-Gatter 5Ö8 an der achten ZlffernsteÜe hervorgehende
Signal, welches auf dem Leiter 800 erscheint, im Falle, daß das Abweichungssignal den maximalen Wert
für die siebte Ziffernstelle überschreitet, zur Erzeugung des ersterwähnten künstlichen Koinzidenzsignals Verwendung.
Die Signale auf den Leitern 798 und 800 werden einem »Koinzidenzschaltkreis« 802 (Fig. 12)
zugeführt, worin eine gegenüber dem Massepotential positive Vergleichsspannung am Abgriff eines Potentiometers
804 gebildet wird, das zwischen einer Bezugsspannungsquelle von +6 Volt und Masse liegt. Das auf
dem Leiter 800 auftretende Signal gelangt über einen Summierungswiderstand 806 (Fig. 12) zum Eingang
eines Spannungskreuzungsdetektors bzw. abgewandelten Schmidt-Triggers mit den Transistoren 810 und 812.
Der Widerstand 806 ist mit der Basis des Transistors 810 verbunden. In ähnlicher Weise fließt das auf dem Leiter
798 aus der Kettenschaltung ankommende Signal über einen Summierungswiderstand 814 der Basis des
Transistors 810 zu. Auch die an dem Potentiometer 804 abgegriffene Spannung gelangt über einen Summierungswiderstand
816 zur Basis des Transistors 810.
Die Emitter der Transistoren 810 und 812 liegen über einen gemeinsamen Widerstand 818 an einem positiven
Spannungspotential, während die Kollektoren dieser Transistoren über Widerstände 820 bzw. 822 mit einem
geeigneten negativen Spannungspotential verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 810 steht weiterhin
über einen Widerstand 824 mit der Basis des Transistors 812 in Verbindung, die über einen Widerstand 826 an
dem positiven Spannungspotential liegt
Die Summierungswiderstände 806, 814 und 816 (Fig. 12) dienen dazu, die algebraische Summe der
Spannungen an den Leitern 800 und 798 sowie der an dem Potentiometer 804 abgegriffenen Spannung zu
bilden. Nimmt man an, daß das Abweichungssignal größer ist als der maximale, der siebten Ziffernstelle
entsprechende Wert, so liefert das ODER-Gatter 508 eine negative Spannung von -9 Volt an den Leiter 800,
welche durch die Dioden 598, 600, 602 usw. der Kettenschaltung mit den Widerständen 590 und 592
bestimmt wird. Wird das Potentiometer 804 so eingestellt, daß die daran abgegriffene Spannung +4
Volt gegenüber Masse beträgt, so wird die an dem Ausgangsleiter 828, der mit dem Kollektor des
Transistors 812 verbunden ist, auftretende Spannung durch den Koinzidenzschakkreis 802 von einem
negativen Wert auf Null reduziert, wenn die Abweichungssignale
auf beiden Leitern 800 und 798 kleiner als -4 Volt werden. Das auf dem Leiter 800 auftretende
Signal übersteigt selbstverständlich —4 Volt beträchtlich und hindert den Schaltkreis 802 daran, ein
Ausgangssignal hervorzubringen, solange nicht das Abweichungssignal den maximalen Wert an der siebten
Ziffernstelle unterschreitet Ist letzteres der Fall, so erhält der Ausgang des ODER-Gatters 508 Massepotential, auf dem er für alle kleineren Amplituden des
AbweichungssigTiäis verbleibt Indessen beträgt die
Spannung auf dem Leiter 798, d.h. diejenige am Ausgang der zusätzlichen Kettenschaltung mit den
Widerständen 7S0 und 792, -6 Volt bei Auftreten des
maximalen Abv/eichungssignals für die siebte Ziffernsteile.
Demgemäß ist die algebraische Summe der dem Schmidt-Trigger mit den Transistoren 810 und 812
zugeführten Spannungen noch groß genug, um das Auftreten eines Ausgangssignals auf dem Leiter 828 zu
verhindern. Wird das Abweichungssignal noch kleiner, so daß die Spannung auf dem Leiter 798 —4 Volt
ίο unterschreitet, d.h. beispielsweise zu —3 Volt wird, so
ist die algebraische Summe der an den Transistor 810 gelangenden Spannungen nunmehr positiv, so daß der
Transistor 810 sperrt, während der Transistor 812 leitend wird und damit den Ausgangsleiter 828 auf
Massepotential bringt. Dieses damit verbundene Signal stellt ein künstliches Koinzidenzsignal (»1. künstliches
Koinzidenzsignal«) dar, da es auftritt, während das νοτ
der Kettenschaltung mit den Widerständen 790 und 792 erhaltene Abweichungssignal noch —3 Volt beträgt.
an Diese«; künstliche Koinzidenzsignal kann, wie gesagt,
anstelle des »vollkommenen Koinzidenzsignals« aus dem ODER-Gatter 586 dazu dienen, den nächsten
Programmschritt von der Speichertrommel abzurufen. Dieser Abruf erfolgt jedoch erst dann, wenn die
Abweichungssignaie zu allen fünf Koordinaten den willkürlich an dem Potentiometer 804 eingestellten
Spannungswert unterschritten haben. Es ist also erforderlich, die Entstehung eines positiven Ausgangssignals
so lange zu verhindern, bis in allen fünf Kanälen die maximalen, dort in Kauf genommenen Abweichungen
unterschritten sind.
Zu diesem Zweck ist der Leiter 828 über eine Diode 830 mit einem Speicherkondensator 832 verbunden,
dem ein Leckstromwiderstand 834 geringer Leitfähigkeit parallel geschaltet ist Während des normalen
Betriebs ist der Transistor 812 gesperrt, und der Kondensator 832 bleibt mit der negativen Spannung der
Spannungsquelle geladen, die über den Widerstand 822 und die Diode 830 anliegt Tritt jedoch in einem der fünf
Kanäle ein Abweichungssignal auf, dessen Größe geringer als die an dem Potentiometer 804 abgegriffene
Spannung ist so wird der Transistor &12 leitend, während die Diode 830 nichtleitend wird und der
Kondensator 832 sich langsam über den Widerstand 834 entlädt Tritt in einem anderen der Kanäle ein
Abweichungssignal auf, das größer als die an dem Potentiometer 804 abgegriffene Spannung ist, so spricht
der Koinzidenzschaltkreis 802 daraufhin an, sobald dieser Kanal abgefragt wird, indem er das Potential des
Leiters 828 auf den negativen Wert zurückbringt so daß der Kondensator 832 über die Diode 830 und den
Widerstand 822 rasch aufgeladen wird. Der Kondensator 832 wird also mit der negativen Bezugsspannung
aufgeladen, wenn nur bei einer einzigen der Koordina-„ten
ein Abweichungssignal auftritt welches den an dem Potentiometer 804 eingestellten Wert überschreitet
Weisen jedoch alle fünf Kanäle kleinere Abweichungssignale auf, so bleibt der Transistor 812 fortwährend
leitend und die Diode 830 fortwährend gesperrt, so daß sich der Kondensator 832 vollkommen entlädt Vorzugsweise
ist der Widerstand 834 etwa 5'/:unal so groß
wie der Widerstand 822, damit der Kondensator 832 sich nicht rasch genug entlädt, um auf einem der fünf
Kanäle ein Ausgangssignal bei einer großen Abweichung entstehen zu lassen, indessen rasch ein solches
Signal hervorbringt, wenn bei allen fünf Koordinaten die gewünschte Maximaiabweichung unterschritten
wird.
Das. positive künstliche Koinzidenzsignal, welches auf
diese Weise an dem Kondensator 832 erhalten wird, sobald die Analogwerte der Abweichungssignale für
sämtliche Koordinaten den an dem Potentiometer 004 eingestellten Wert unterschritten haben, wird einem der
beiden Eingänge eines UND-Gatters 836 zugeführt An den anderen Eingang dieses UND-Gatters gelangt ein
positives Signal aus dem Pufferspeicher 392, wenn in dem gerade ausgeführten Programmschritt festgelegt
ist, daß er mit der dem betrachteten künstlichen Koinzidenzsignal zugrunde liegenden verminderten
Genauigkeit erfolgen soll. Dieser Befehl konnte während des vorausgehenden Einspeicherungsbetriebes
durch Einstellen des in Fig.6 angedeuteten Genauigkeitsstellschalters
auf Position »zwei« eingegeben werden. Nimnil man an, daß dies erfolgt ist, so liefert das
UND-Gatter 836 ein Ausgangssignal, welches als positives Signal dem zweiten Eingang des ODER-Gatters
586 zugeführt wird. Dieses positive Signal tritt stets vor der Erzeugung des vollkommenen Koinzidenzsignals
auf, du 03 ja bereits zu einem Zeitpunkt erzeugt
wird, zu den noch ein Abweichungssigna' vorhanden
und damit das UND-Gatter 574 gesperrt ist. Es wird über das ODER-Gatter 586 und das UND-Gatter 780
übertragen. Nach Eintreffen auch der übrigen Signale an dem UND-Gatter 780 wird von diesem ein Koinzidenzsignal
weitergeleitet, welches die Steuerschaltkreise 380' veranlaßt, den nächsten Programmschritt abzurufen.
Das zweite kunstliche Koinzidenzsignal, welches einer noch geringeren Genauigkeit beim Anfahren
programmierter Positionen entspricht, wird in der gleichen Weise erzeugt, abgesehen davon, daß es von
dem oberen Ende der Kettenschaltung mit den Widerständen 590 und 592 abgeleitet wird. Genauer
gesagt wird das auf dem Leiter 604 am Ausgang dieser Kettenschaltung auftretende Spannungssignal einem
Koinzidenzschaltkreis 840 zugeführt der weiterhin über einen Leiter 840 das Ausgangssignal aus dem ODER-Gatter
500 zugeführt erhält Der Koinzidenzschaltkreis 840 entspricht vollkommen dem Schaltkreis 802 und
enthält ebenfalls ein Potentiometer, welches dem Potentiometer 804 entspricht An diesem kann irgendeine
Spannung zwischen Null und T6 Volt gegenüber Masse abgegriffen werden. Demzufolge werden in dem
Schaltkreis 840 ständig die Potentiale der Leiter 604 und •42 mit dem Potential des Potentiometerabgriffes
verglichen, wobei an dem Ausgangsleiter 844 dieses Schaltkreises das Massepotential erscheint, wenn die
Spannungen an den beiden genannten Leitern für irgendeine Koordinate die an dem Potentiometer
abgegriffene Spannung unterschreiten. Durch die normalerweise auf dem Leiter 844 auftretende negative
Spannung wird über eine Diode 848 ein Speicherkondensator 846 aufgeladen, der sich allmählich über einen
Widerstand 850 entladen kann, der dem Leckstromwiderstand 834 entspricht Das an dem Kondensator 846
entstehende Spannungssignal gelangt zu einem UND-Gatter 852, an dessen anderem Eingang ein Signal aus
dem Pufferspeicher 392 eintrifft, falls der gespeicherte Programmschritt die entsprechende verminderte Genauigkeit
vorsieht Ist dies der Fall, so fließt ein Ausgangssignal des UND-Gatters 852 dem dritten
Eingang des ODER-Gatters 586 zu und, wenn auch die übrigen Eingangssignale dort eintreffen, wird von dem
UND-Gatter 780 ein Koinzidenzsignal an die Steuersehalikreise 3S0' weitergegeben, weiches den Übergang
zum nächsten Programmschritt herbeiführt
Für die nachfolgende Betrachtung der Bewegungsweise des Manipulatorarmes bzw. -greifers unter
Verwendung des zuletzt erwähnten 2. künstlichen Koinzidenzsignals sei daran erinnert, daß der Kodierer
S 326 für die Schwenkbewegung ein dreizehnstdliges Ausgangssignal liefert, wohingegen das Ausgangssignal
der Kettenschaltung mit den Widerständen 390 Und 592, das auf dem Leiter 604 erscheint, von der auf dem Leiter
Sti auftretenden Ziffer an der elften Stelle abgeleitet
ίο ist Wenn demnach das Abweichungssignal etwas
kleiner als ein Viertel des insgesamt möglichen für die Schwenkbewegung ist, beginnt das Potential auf dem
Leiter 604 von dem der größtmöglichen Abweichung entsprechenden Wert von - 6 Volt abzusinken. Ist das
Potentiometer 804 des Koinzidenzschaltkreises 840 auf + 6 Volt eingestellt so wird offensichtlich On dem
Schaltkreis 840 ein Signal abgegeben, sobald die Abweichung bezüglich der Schwenkbewegung 25% der
maximal möglichen Abweichung für diese Bewegung
ao erreicht Dies bedeutet, daß der Manipulalorarm, wenn
bei der Einspeicherung der Schalter 385 die Position »drei« für den geringsten Genauigkeitsgrad eingenommen
hat, über Strecken von mehreren Metern auf einer gekrümmten Bahn geführt werden kann, wodurch sich
a5 eine beträchtliche Zeitersparnis bei der Abwicklung
mehrerer aufeinanderfolgender Programmschritte ergibt Betrachtet man nun Fig.3, wobei angenommen
sei, daß der geringste Genauigkeitsgrad gewählt worden ist und das Programm eine Schwenkbewegung
in Richtung dta Pfeiles 860 sowie eine Hebe- bzw.
Senkbewegung in Richtung des Pfeiles 862 vorsieht, um nacheinander die Punkte 1,2,3 und 4 anzufahren. Punkt
1 soll die erste programmierte Position entsprechend dem ersten Programmschritt, Punkt 2 die zweite
programmierte Position entsprechend dem zweiten Programmschritt, Punkt 3 die dritte programmierte
Position und Punkt 4 die vierte programmierte Position darstellen, zu der weiterhin ein Bit aufgezeichnet ist,
welches das Ende des Programms angibt.
Nimmt man nun an, daß der Manipulatorarm eine Stellung gemäß Punkt 1 in F i g. 3 einnimmt, so tritt für
den ersten Programmschritt sogleich ein vollkommenes Koinzidenzsignal auf, welches die tatsächliche, vollkommene
Koinzidenz anzeigt Unter dem nächsten Programmschritt aus dem Pufferspeicher 392 beg. r nt sich
der Manipulatorarm entlang der gestrichelten Linie 864 und der ausgezogenen Linie 866 in Richtung auf Punkt 2
zu bewegen. Ist er jedoch am Punkt 868 angelangt so wird dort bereits ein künstliches Koinzidenzsignal
entsprechend dem gewählten geringsten Genauigkeitsgrad abgegeben, obgleich das Abweichungssignal dort
noch einer Abweichung 870 zwischen der tatsächlichen Position des Manipulatorarmes und dem programmierten
Punkt 2 entspricht Wie oben erwähnt, kann diese Abweichung 870 25% der gesamten programmierten
Bewegung in Richtung des Pfeiles 860 betragen. Mit dem am Punkt 868 auftretenden künstlichen Koinzidenzsignal
findet ein Austausch der Steuerdaten in dem Pufferspeicher 392 statt, die fortan bereits den
Programmpunkt 3 vorschreiben, obgleich der Punkt 2 noch gar nicht erreicht ist Das bedeutet, daß zusätzlich
zu einem Abweichungssignal bezüglich der Hebe-Senk-Bewegung, welches zunächst der gesamten Entfernung
zwischen den Punkten 2 und 3 entspricht, noch weiterhin ein Abweichungssignal für die Schwenkbewegung
entsprechend der noch vorhandenen Abweichung 870 äiifiriü; dies ist möglich, weil der Kodieren einer
jeden Koordinate die jeweilige absolute Position des
gesteuerten Teiles erfaßt, so daß die Abweichung 870
nach dem Wechsel des Programmschrittes nicht unbemerkt bleibt Wenn nun der Manipulatorarrn sich in
Abwärtsrichtung zum Punkt 3 hin in Bewegung setzt, wird dennoch die Abweichung 870 im Verlauf dieser
Bewegung zu Null gemacht mit dem Ergebnis, daß der Manipulatorarm eine gekrümmte Bahn 872 durchläuft,
bis die Abweichung 870 verschwunden ist Fortan bewegt sich der Manipulatorarm geradlinig entsprechend
der Linie 874 abwärts in Richtung auf den Punkt 3. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen,
daß, da das Datensignal für diesen Punkt durch den Parallelübertragungsschaltkreis 390 sogleich zu dem
Pufferspeicher 392 übertragen wird, ohne den Zugang zu der Speichertrommel abzuwarten, das neue Datensignal
bereits zur Verfügung steht, sobald das künstliche Koinzidenzsignal aufgetreten ist um die Bewegung des
Armes ohne Verzögerung fortsetzen zu können.
Ist der Manipulatorarm an dem Punkt 876 angelangt bei welchem das künstliche Koinzidenzsignal auftritt so
£Tf*ht Ae*r PiiPf«ferw»ty»KÄf 3Q") ·»»« Aa,m nöoKef-on Dpa.
grammschritt über, der die Bewegung zum Punkt 4 vorsieht Infolgedessen durchläuft der Manipulatorarm
eine weitere gekrümmte Bahn, 878, worauf eine geradlinige Bewegung entsprechend der Linie 880 folgt
Hat der Arm den Punkt 882 erreicht an dem wiederum das künstliche Koinzidenzsignal auftritt so löst das das
Ende des Programms anzeigende Bit einen neuen Programmzyklus aus, der die Ansteuerung des Punktes
1 vorschreibt so daß der Arm als nächstes die gekrümmte Bahn 884 und darauf den geraden
Bahnabschnitt 886 durchläuft bis er am Punkt 888 angelangt ist bei dem wiederum das künstliche
Koinzidenzsignal auftritt Dieses hat wieder einen Wechsel des Programmschrittes zur Folge, wodurch der
Punkt 2 vorgegeben wird und der Manipulatorarm fortan die gekrümmte Bahn 890 durchläuft bis er wieder
an dem geraden Bahnabschnitt 866 angelangt ist, usw.
Die Programmierung des Manipulatorarmes, so daß er der oben beschriebenen Bahn 872, 878, 884 und 890
folgt hat den wichtigen Vorteil, daß der Manipulatorarm stets in Bewegung bleibt und eine Reihe von
Bewegungen in unterschiedlichen Richtungen mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit vollführt.
Durchläuft der Arm beispielsweise die gekrümmte Bahn 872, so verzögert sich zwar die Schwenkbewegung,
doch findet gleichzeitig eine Beschleunigung in der Abwärtsrichtung statt wodurch die resultierende
Geschwindigkeit einen hohen Wert behält. Demzufolge wird also eine beträchtliche Zeitersparnis gegenüber
einer Bewegung erzielt, bei welcher der Manipulatorarm zwischen den einzelnen Bewegungen in den
verschiedenen Koordinaten zur Ruhe kommen mußte, so beispielsweise an den Punkten 1, 2, 3 und 4 der
Darstellung. Beispielsweise führt die erfindungsgemäße Verwendung künstlicher Koinzidenzsignale in einem
Fall, in welchem der Manipulatorarm in Verbindung mit einem Stauchvorgang Verwendung findet wobei er ein
Teil nacheinander in eine Reihe von abgestuften Hohlräumen einer Matrize einführen muß, unter
Verwendung des obengenannten Genauigkeitsgrades zu einer Zeitersparnis von 8 Sekunden, wobei der
Vorgang normalerweise, d,h. unter Anhalten des Manipulatorarmes in den einzelnen programmierten
Positionen, 40 Sekunden in Anspruch nehmen würde. Hinzu kommt, daß diese Zeitersparnis erzielt wird ohne
Erhöhung der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit des Armes in den einzelnen Koordinaten und ohne
einen erheblichen zusätzlichen Schaltungsaufwand zu demjenigen einer einfachen Punktsteuerung.
Es versteht sich, daß, obgleich die Darstellung der Fig.3 nur einer zweidimensionalen Bewegung entspricht
der Manipulatorarm bzw. -greifer auch entsprechend programmiert werden kann, um räumlich
gekrümmte Bewegungen zu vollführen. So könnte es beispielsweise sein, daß bei dem in F i g. 3 zweidimensional
dargestellten Bewegungsablauf die Positionspunkte ίο 1 und 2 mit voll ausgefahrenem Arm und die Punkte 3
und 4 mit voll eingezogenem Arm angelaufen werden sollen. In diesem Falle würde sich der Greifer in
räumlich gekrümmten Bahnen bewegen, indem die Abweichungen in jeweils zwei Koordinaten zum
Verschwinden gebracht werden, während bereits die Bewegung, entsprechend dem nächsten Programmschritt
in einer dritten Koordinate erfolgt
Das zuletzt erwähnte 2. künstliche Koinzidenzsignal
für die geringste Genauigkeit kann für bestimmte ao Koordinaten auch bereits dann erzeugt werden, wenn
noch Abweichungen von mehr als 25% der jeweiligen
Gesamtbewegung bestehen. Betrachtet man beispielsweise die Koordinate der Ausfahrbewegung, in
Verbindung mit der eine zehr.stellige Binärzahl auftritt,
so wird man sich erinnern, daß in den Leitern 400 und 402 unterhalb der geringstwertigen Stelle des tatsächlichen,
dem Kodierer 310 entstammenden Signals zwei Leerstellen auftreten. Demgemäß ist das Positionssignal
letzten Endes ein 12zifferiges. Da das Ausgangssignal
für das Koinzidenzsignal mit der niedrigsten Genauigkeit wie gesagt von der elften Stelle des binärer
Abweichungssignals hergeleitet wird, sinkt die Spannung auf dem Leiter 604 von ihrem Maximalwert vor
-6 Volt ab, sobald das Abweichungssignal 50% des größtmöglichen Wertes in dieser Koordinate unterschreitet
Demzufolge kann der Programmschrittwechsel auch bereits beim Erreichen von 50% des voller
Hubes der Ausfahrbewegung stattfinden, so daß bei entsprechender Programmierung volle Kreise beschrie·
ben werden können.
Zu dem Signal aus dem Kodierer 324 für die Greiferdrehbewegung treten ebenfalls zwei Leersteller
unterhalb der geringstwertigen Stelle hinzu, so daß da; gleiche auch hier gilt Die Signale aus dem Kodierer 314
für die Hebe- bzw. Senkbewegung und dem Kodierei 322 für die Greiferbeugebewegung sind Il zifferig, se
daß unterhalb der geringstwertigen Stelle immerhir eine Leerstelle auftritt Auch hier wieder kann deshalb
ein Koinzidenzsignai bereits dann erzeugt werden wenn 50% der programmierten Bewegung in dieser
Koordinaten vollführt worden sind. Die Schaffung dei obenerwähnten Leerstellen, wie z. B. derjenigen auf der
Leitern 400 und 402, bringt es weiterhin mit sich, daß eir
maximales Abweichungssignal auf dem Leiter 604 füi große Abweichungen in diesen Koordinaten erzeug)
werden kann. Würden diese Leerstellen fehlen, danr würden für die maximale Abweichung beispielsweise be
der Ausfahrbewegung binäre Ziffern »1« auf sämtlicher der Leiter 51-510 auftreten, die dennoch lediglich zi
einer Spannung von - 3 Volt auf dem Leiter 604 führer würden.
Die Programmierung des Manipulators mit dci niedrigsten Genauigkeit hat ferner Vorteile, falls di<
Bewegung des Manipulatorarmes bzw, «greifers voi
außerhalb des Geräts erzeugten Signalen abhängij gemacht werden soll. Es sei beispielsweise angenom
men, daß der Manipulatorarm bei der Bewegung von Punkt 2 zum Punkt 3 in F i g= 3 einen externen Vorganj
abwarten soll. In diesem Falle muß die Steuerung des
Armes re;htzeitig ein entsprechendes Signal empfangen, welches angibt, daß vor der Weiterbewegung ein
Hindernis beiseitegeräumt worden ist welches zwischen den Punkten 2 und 3 durch die gestrichelte Linie
892 angedeutet ist In diesem Falle wurde bei der Einspeicherung der Daten des Punktes 2 der geringste
Genauigkeitsgrad festgelegt und gleichzeitig ein Abwartesignal für diesen externen Vorgang eingegeben,
welches gleichfalls in Form von zusätzlichen Bits auf der Speichertrommel gespeichert wurde. Ist der Manipulatorarm
am Punkt 868 angelangt, so erfolgt bereits der Wechsel des Programmschrittes zu demjenigen für
Punkt 3. wenn gleichzeitig das externe Freigabesignal auftritt welches anzeigt daß das Hindernis bei 892
beseitigt worden ist Daraufhin bewegt sich der Arm entlang der Bahn 872 ohne wesentliche Verminderung
seiner Geschwindigkeit Tritt das letzterwähnte Signal nicht bereits auf, wenn der Arm im Punkt 868
angekommen ist was bedeutet, daß das Hindernis bei 892 noch vorhanden ist, so setzt der Arm lediglich seine
Bewegung bis zum tatsächlichen Erreichen des Punktes 2 fort, wo er zur Ruhe kommt. Tritt daraufhin das
bislang noch ausstehende Signal auf, so setzt sich der Arm wieder in Bewegung in Richtung auf Punkt 3. Das
heißt, daß der Arm seine Bewegung zum Punkt 3 zum frühestmöglichen Zeitpunkt beginnt, gleichgültig wann
dieser auftritt Dieser Arbeitsablauf ist besonders bedeutsam für den Fall, daß der Manipulator in
Verbindung mit fortlaufend betriebenen Pressen oder dergleichen Verwendung findet, da da/in Synchronismus
mit dem Preßvorgang dadurch erzielt werden kann, daß das Freigabesignal jedesmal dann auftritt, wenn der
Pi eßstempel hochgefahren ist. Auf diese Weise kann ein
auf die herkömmlichen Sicherheits-Pressensteuerung,
beispielsweise unter Verwendung von Lichtschranken, zugeschnittener Arbeitsablauf erzielt werden.
Die Potentiometer 804 für die Einstellung des gewünschten Genauigkeitsgrades sind vorzugsweise,
von außen zugänglich, in dem Steuerungskasten 42 ,,<,
(Fig. 1) untergebracht Wird in den Manipulator eine
Folge von Bewegungen mit dem geringsten Genauigkeitsgrad einprogrammiert, wie in Verbindung mit
F i g. 3 beschrieben, so wird der Abgriff des Potentiometers 840 zunächst auf Massepotential eingestellt Dies
bedeutet da3 das analoge Abweichungssignal auf dem Leiter 604 bis ganz auf Massepotential absinken muß,
bis ein Koinzidenzsignal am Ausgang des Schaltkreises 840 erhalten wird. Daher wird der Manipulatorarm
präzise beispielsweise bis zum Punkt 2 geführt, in ähnlicher Weise, wie wenn die Ausführung dieses
Programmschrittes mit vollkommener Genauigkeit unter Verwendung des vollkommenen Koinzidenzsignals
vorgeschrieben worden wäre. Nach Beobachtung des Bewegungsablaufes des Manipulatorarmes unter
dieser Bedingung kann der Einsteller des Geräts während nachfolgender weiterer Arbeitsspiele das
Potentiometer 804 so verstellen, daß am Abgriff höhere
und höhere Spannungswerte auftreten, die letzten Endes ein künstliches Koinzidenzsignal bei immer
größeren Abweichungen vom Punkt 2 ergeben. So kann der Einstelier den Punkt bestimmen, an welchem die
gekrümmte Bewegung des Manipulatorarmes gemäß der Bahn 872 einsetzt, d. h. den Zei'.punkt, bei welchem
der Programmschrittwechsel stattfindet Diese Einstellung des Potentiometers 804 wird routinemäßig
vorgenommen, um die Bewegung des Manipulatorarmes den jeweiligen Umständen hinsichtlich Bahn und
Last anzupassen, so daß im Rahmen weiterer Umstände, die für den Ablauf maßgebend sein mögen, die
größtmögliche Bewegungsgeschwindigkeit erzielt wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß
der Einsieller das Relais 738 von Hand bedienen kann, und zwar über einen Schalter auf der Bedienungstafel
44, so daß der Arm zunächst mit einer gewünschten niedrigen Geschwindigkeit fahren kann, um dem
Einsteller Gelegenheit zur kritischen Überwachung des Bewegungsablaufes und entsprechender Einstellung des
Potentiometers 804 zu geben.
Hierzu 10 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Mit einer numerisch arbeitenden Programmsteuerung
ausgerüsteter Manipulator, dessen — gegebenenfalls mit einem zusätzlich bewegbaren
Greifer ausgerüsteter — Arm in verschiedenen Koordinaten beweglich ist, wozu die Programmsteuerung
aus einem Programmspeicher Daten für jede Koordinate der einzelne Bewegungsabschnitte
bestimmenden Endpositionen entnimmt und über Zwischenglieder einem Vcrgleicher vorgibt, der
andererseits Signale von die tatsächlich gerade erzielte Position des Armes — und gegebenenfalls
auch des Greifers — angebenden Positionsmeldern zugeführt erhält, daraus die Abweichung zwischen
den Daten und den Signalen ermittelt, aus der jeweiligen Abweichung einen Steuerbefehl ableitet
und diesen derart den Antrieben des Armes und gegebenenfalls des Greifers zuführt, daß die jeweils
ermitteLic Abweichung gegen Null geht wobei in dem Programmspeicher mit den Daten für die
Koordinaten zur Erzielung besonderer Bewegungsabläufe eine besondere Steuerungsart auslösende
lusätzliche Bits gespeichert sein können, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Bits
lumindest für die Endpositionen einer jeden Bewegung des Armes (50) bzw. des Greifers (78) eine
vollkommene Beseitigung einer von dem Vergleicher (422) festgestellten Abweichung vorschreiben,
lür zum Ablauf der Bewegung programmierte Zwischenpositionen jedoch bereits bei Erreichen
einer vorbestimmten Restabweichung eine Fertig-■leldung zulassen, di<ß mit cjm Vergleicher (422) ein
Digital-Analog-Umsetzer (456) verbunden ist, dessen Ausgangswert in üblicher Weise ein Maß für die
Jeweils tatsächlich noch vorhandenen Abweichungen bildet, daß an den Digital-Analog-Umsetzer
(456) wenigstens ein Koinzidenzschaltkreis (802, •40) mit gleichfalls analogem Ausgangswert angeschlossen
ist dem durch die bei den Zwischenpositionen vorgegebenen zusätzlichen Bits z. B. über ein
Potentiometer (804) eine Vorspannung vorgegebener Größe derart zuführbar ist, daß sein Ausgangswert
bereits vorzeitig zu Null wird und damit ein »künstliches Koinzidenzsignal« ergibt, daß beide
Ausgangswerte über ein ODER-Gatter (586) zur Abgabe der Fertigmeldung geführt sind und daß ein
einziger Vergleicher (422), über Wähler (416, 446, 460) zyklisch gesteuert, die Daten und Signale
Sämtlicher Bewegungskoordinaten zyklisch verarbeitet.
2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennieichnet,
daß der Koinzidenzschaltkreis (802,840) an Seinem Ausgang einen aufladbaren Kondensator
|832, 846) aufweist, der sich dann entlädt, wenn das ansonsten anliegende Spannungssignal während des
ganzen Zyklus ausbleibt
3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Koinzidenzschaltkreise
f802, 840) zum Erhalt zweier wahlweise anstelle eines echten Koinzidenzsignals anwendbarer künstlicher
Koinzidenzsignale für unterschiedliche maxi' male Abweichungen von den programmierten
Zwischenpositionen aufweist.
4. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer (840) der Koinzidenzschaltkreise
(802, 840) ein künstliches Koinzidenzsignal bereits dann erzeugt, wenn die Abweichung einen Wert im
Bereich zwischen 25 und 50% der für den betreffenden Streckenabschnitt in Betracht kommenden
Gesamtbewegung unterschreitet
5. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von
dem Vergleicher (422) stammenden Steuerbefehle den Steuermitteln (z.B. 472, 182, 72) für die
einzelnen Bewegungskoordinaten als Analogwert zugeführt und dort jeweils gespeichert we; -den.
6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ziffern der von dem
Vergleicher (422) stammenden digitalen Steuerbefehle auf parallelen Leitern (51—513) erscheinen,
daß der dem Vergleicher (422) nachgeschaltete Digital-Analog-Umsetzer (456) eine Kettenschaltung
(Widerstände 590—596 etc.) aufweist, dessen einzelne Glieder mit je einem der parallelen Leiter in
Verbindung stehen, und daß der daraus erhaltene Analogwert aus den Ausgangssignalen dieser
Glieder durch eine Summierungsschaltung (632, 656—662) gewonnen wird.
7. Manipulator nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Signale für die Erzeugung der
künstlichen Koinzidenzsignale von einzelnen Gliedern der Kettenschaltung (590—596 etc.) abgegriffen
werden.
8. Manipulator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch allen Bewegungskoordinaten
gemeinsame Funktionserzeugungsschaltungen (608, 612, 616, 620, 625, 628, 630), die dem analogen
Steuerbefeht von einer bestimmten Abweichung ab eine einer gewünschten Verzögerung entsprechende
Charakteristik geben.
9. Manipulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik eine solche ist, daß
die Bewegung des Annes (50) bzw. Greifers (78) in jeder Bewegungskoordinate eine annähernd konstante
Verzögerung erfährt
10. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeicnnet daß neben dem
gemeinsamen Vergleicher (422) auch ein gemeinsamer, dem Vergleicher unmittelbar nachgeschalteter
Digital-Analog-Umsetzer (456) für sämtliche Bewegungskoordinaten Verwendung findet.
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